(57)【要約】【課題】本発明は、光源モジュール、総ダイクロイックミラー、撮像モジュール、走査モジュールとフラットフィールド対物レンズを備え、フラットフィールド対物レンズは走査モジュールと被検位置との間に設けられ、光源モジュールは眼底を照光するプローブ光を総ダイクロイックミラーへ発し、プローブ光は総ダイクロイックミラーを介して走査モジュールにガイドされ、また走査モジュールとフラットフィールド対物レンズとを介して被検位置に射出し、被検位置からの反射光線は、走査モジュールを通過して総ダイクロイックミラーに達するとともに、総ダイクロイックミラーによって撮像モジュールにガイドされることができる網膜撮像に用いられる光学ユニットであって、走査モジュールはその中心軸線に沿って往復移動可能な走査対物レンズを備え、フラットフィールド対物レンズはその中心軸線に沿って往復移動可能である網膜撮像に用いられる光学ユニットを提供する。本発明は網膜撮像デバイスをさらに提供する。【解決手段】網膜撮像デバイスはフラットフィールド対物レンズの補償デフォーカス量を人眼の屈折異常程度に基づいて調節し、また走査対物レンズのデフォーカス量を改変し、これにより網膜上で異なる層の鮮明な画像を取得することができる。
2020503117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源モジュール、総ダイクロイックミラー、撮像モジュール、走査モジュールとフラットフィールド対物レンズを備え、前記フラットフィールド対物レンズは前記走査モジュールと被検位置との間に設けられ、前記光源モジュールは眼底を照光するプローブ光を前記総ダイクロイックミラーへ発し、前記プローブ光は前記総ダイクロイックミラーを介して前記走査モジュールにガイドされ、また前記走査モジュールと前記フラットフィールド対物レンズとを介して被検位置に射出され、被検位置からの反射光線は前記走査モジュールを通過して前記総ダイクロイックミラーに達するとともに前記総ダイクロイックミラーによって前記撮像モジュールにガイドされることができる網膜撮像に用いられる光学ユニットであって、
前記走査モジュールはその中心軸線に沿って往復移動可能な走査対物レンズを備え、前記フラットフィールド対物レンズはその対物レンズ中心軸線に沿って往復移動可能であることを特徴とする網膜撮像に用いられる光学ユニット。
【請求項２】
前記走査モジュールは、その延在方向が前記走査対物レンズの中心軸線方向と一致する第1のガイドレールを備え、前記走査対物レンズは前記第1のガイドレール上に摺動可能に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。
【請求項３】
その延在方向が前記走査対物レンズの中心軸線方向と一致する第2のガイドレールを備え、前記フラットフィールド対物レンズは前記第2のガイドレール上に摺動可能に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記総ダイクロイックミラーと前記走査モジュールとの間に設けられ、前記総ダイクロイックミラーを透過したビームをラインビームに変換してから前記走査モジュールに入射する第1のシリンドリカルレンズをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記光源モジュールは順次に配列されたワイドバンド点光源、コリメートレンズと第1のフィルタ群を備え、
前記ワイドバンド点光源は、複数の波長のワイドバンドレーザを発し、前記第1のフィルタ群は複数個の第1のフィルタを備え、前記第1のフィルタの数は、前記第1の光源が発したレーザの波長の種類数と同じであり、前記第1のフィルタは前記ワイドバンド点光源が発したレーザを、予定波長を有するレーザに濾過でき、前記第1のフィルタのそれぞれは前記光学ユニットの光路に分離可能に設けられ、
前記撮像モジュールは、第1の撮像対物レンズと、前記総ダイクロイックミラーと前記第1の撮像対物レンズとの間に設けられた第2のフィルタ群を備え、前記総ダイクロイックミラーで反射された光線は前記第2のフィルタ群を通じて前記第1の撮像対物レンズに入り、前記第2のフィルタ群は異なる波長の蛍光をそれぞれ透過可能な複数の第2のフィルタを備えることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光源モジュールは、複数個の前記第1のフィルタと一対一で対応する複数個の第1のフィルタ通過孔が設けられた第1のターンテーブルを備え、前記第1のフィルタは、対応する第1のフィルタ通過孔に設けられることを特徴とする請求項5に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記撮像モジュールは複数個の前記第2のフィルタと一対一で対応する複数個の第2のフィルタ通過孔が設けられた第2のターンテーブルを備え、前記第2のフィルタは、対応する第2のフィルタ通過孔に設けられることを特徴とする請求項5に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記ワイドバンド点光源は、
中心波長が488nmであるワイドバンドレーザと中心波長が514nmであるワイドバンドレーザとを放射可能なアルゴンレーザ発振器と、
中心波長が795nmであるワイドバンドレーザと、中心波長が830nmであるワイドバンドレーザとを放射可能な半導体レーザ発振器と、を備え、
前記第1のフィルタ群は、波長が488nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が514nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が795nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が830nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、を備え、
前記第2のフィルタ群は、波長が500nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタと、波長が810nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタと、を備えることを特徴とする請求項5に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記走査モジュールは走査ガルバノミラーと第1のダイクロイックビームスプリッタとをさらに備え、前記第1のダイクロイックビームスプリッタ、前記走査対物レンズは前記走査ガルバノミラーと前記フラットフィールド対物レンズとの間に順次に配列され、
前記光学ユニットは、発光アレイと第3の撮像対物レンズを備える視標モジュールをさらに備え、前記発光アレイは単独で制御可能な発光素子を複数備え、任意の前記発光素子が発した光は、前記第3の撮像対物レンズに入射するとともに前記第3の撮像対物レンズによって合焦されてから前記第1のダイクロイックビームスプリッタに射出され、前記第1のダイクロイックビームスプリッタによって前記フラットフィールド対物レンズに反射されることができることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
第2のダイクロイックビームスプリッタと、透光可能な中空部を有するリング光源と、第2の撮像対物レンズとを備える瞳孔検出モジュールをさらに備え、
前記第2のダイクロイックビームスプリッタは前記第1のダイクロイックビームスプリッタと前記第3の撮像対物レンズとの間に設けられ、前記第3の撮像対物レンズを通過した光線は、前記第2のダイクロイックビームスプリッタを通過することができ、前記リング光源は前記フラットフィールド対物レンズと前記被検位置との間に設けられ、前記リング光源は被検位置に向かって発光でき、かつ前記光源モジュールが発した光は前記リング光源の中空部を通過でき、前記被検位置からの反射光は、前記環状リングの中空部を通過して前記第1のダイクロイックビームスプリッタへ照射するとともに前記第1のダイクロイックビームスプリッタによって前記第2のダイクロイックビームスプリッタに反射されることができ、前記第2のダイクロイックビームスプリッタは、前記第1のダイクロイックビームスプリッタに反射される光を前記第2の撮像対物レンズに反射できることを特徴とする請求項9に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記瞳孔検出モジュールは、前記第2の撮像対物レンズが発した光を受信する面アレイ光プローブをさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記第2のダイクロイックビームスプリッタの透過率は前記第2のダイクロイックビームスプリッタの反射率よりも小さいことを特徴とする請求項10に記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記撮像モジュールは前記第1の撮像対物レンズの出光側に順次に配置された第2のシリンドリカルレンズ、スリット絞りとライン光検出器をさらに備え、そのうち、前記スリット絞り、前記光源と前記被検位置は共役な位置にあることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記スリット絞りのスリット幅は前記第1の撮像対物レンズのエアリーディスク径と等しいことを特徴とする請求項13に記載の光学ユニット。
【請求項１５】
前記総ダイクロイックミラーは前記光源モジュールと前記走査モジュールとの間に設けられ、前記光源モジュールが発した光線は前記総ダイクロイックミラーを通過して前記走査モジュールに達することができ、かつ、前記総ダイクロイックミラーは前記被検位置からの反射光線を前記撮像モジュールに反射することができ、前記走査モジュールと前記フラットフィールド対物レンズは第1の直線上に設けられ、前記撮像モジュールを前記第1の直線に垂直な第2の直線上に設けることで、前記光源モジュールが発したプローブ光が前記総ダイクロイックミラーを通過することができ、被検位置によって跳ね返された反射光は前記総ダイクロイックミラーによって前記撮像モジュールに反射されることができることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の光学ユニット。
【請求項１６】
前記総ダイクロイックミラーは、第1の反射部と、当該第1の反射部上に形成された第1の光透過部とを備え、前記第1の反射部の光反射面は前記走査モジュールに向いており、前記光源モジュールが発したプローブ光は前記第1の光透過部を通過でき、被検位置によって跳ね返された反射光は前記反射部によって前記撮像モジュールに反射されることができることを特徴とする請求項15に記載の光学ユニット。
【請求項１７】
前記総ダイクロイックミラーは、透明本体と、前記透明本体上に設けられた分光膜とを備えることを特徴とする請求項15に記載の光学ユニット。
【請求項１８】
前記総ダイクロイックミラーは前記撮像モジュールと前記走査モジュールとの間に設けられ、
前記撮像モジュール、前記総ダイクロイックミラー、前記走査モジュールと前記フラットフィールド対物レンズは第3の直線上に配列され、前記光源モジュールを前記第3の直線に垂直な第4の直線上に設けることで、前記光源モジュールが発したプローブ光が前記総ダイクロイックミラー上に照射されるとともに、前記総ダイクロイックミラーによって前記走査モジュールに反射できるようにし、かつ被検位置によって跳ね返された反射光が前記総ダイクロイックミラーを通過して前記撮像モジュールに達することができることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の光学ユニット。
【請求項１９】
前記総ダイクロイックミラーは、その光反射面が前記走査モジュールに向いている第2の反射部と、第2の光透過部とを備え、前記光源モジュールが発したプローブ光は前記第2の反射部上に照射するとともに、前記第2の反射部によって前記走査モジュールに反射されることができ、被検位置によって跳ね返された反射光は前記第2の光透過部を通過して前記撮像モジュールに達することができることを特徴とする請求項18に記載の光学ユニット。
【請求項２０】
前記総ダイクロイックミラーは、透明本体と、前記透明本体上に設けられた分光膜とを備えることを特徴とする請求項18に記載の光学ユニット。
【請求項２１】
請求項1〜20の何れか1項に記載の光学ユニットである光学ユニットと、前記撮像モジュールから射出された光線に基づいて対応する画像を生成する画像生成モジュールを備えるプロセッサと、を備えることを特徴とする網膜撮像デバイス。
【請求項２２】
前記光学ユニットは請求項10〜12の何れか1項に記載の光学ユニットであって、前記画像生成モジュールは前記第2の撮像対物レンズが発した光線に基づいて対応する画像を生成することを特徴とする請求項21に記載の網膜撮像デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療機器分野に関し、具体的には、網膜撮像に用いられる光学ユニットと、この光学ユニットを備える網膜撮像デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
人眼の網膜画像は眼科の診断と治療において不可欠な重要な情報であって、眼底網膜の形態の変化をリアルタイムで追跡することは、身体疾患の早期診断および予防に役立つ。R. H. Webbは生体における人眼の網膜撮像に共焦点走査技術を適用し、プローブ端の共焦点真空ピンホールはシールド試料の非焦点面の迷光に用いられ、これにより試料の焦点面の高解像度画像を得る。しかし、上記の共焦点技術では、走査電気分布分散が用いられるので解像度が低いとともにスポットエネルギーが微小であり、弱光点検出器を用いると、取得される画像のコントラストが低く、画像速度は遅い。
【０００３】
上記課題を解決するために、ライン走査に基づいた共焦点撮像装置が見られた。しかしながら、現時点での共焦点撮像装置は網膜の平面図を取得できるだけであって、網膜の立体検出は実現できない。
【０００４】
このため、網膜の立体検出を如何に実現するかが本分野において早急な解決の待たれる技術課題となっている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、網膜撮像に用いられる光学ユニットと、この光学ユニットを備える網膜撮像デバイスとを提供し、この網膜撮像デバイスで網膜の立体画像を取得できるようにすることにある。
【０００６】
上記目的を実現するために、本発明の1つの方面として、光源モジュール、総ダイクロイックミラー、撮像モジュール、走査モジュールとフラットフィールド対物レンズを備え、前記フラットフィールド対物レンズは前記走査モジュールと被検位置との間に設けられ、前記光源モジュールは眼底を照光するプローブ光を前記総ダイクロイックミラーへ発し、前記プローブ光は前記総ダイクロイックミラーを介して前記走査モジュールにガイドされ、また前記走査モジュールと前記フラットフィールド対物レンズとを介して被検位置に射出され、被検位置からの反射光線は前記走査モジュールを通過して前記総ダイクロイックミラーに達するとともに前記総ダイクロイックミラーによって前記撮像モジュールにガイドされることができる網膜撮像に用いられる光学ユニットであって、前記走査モジュールはその中心軸線に沿って往復移動可能な走査対物レンズを備え、前記フラットフィールド対物レンズはその中心軸線に沿って往復移動可能である網膜撮像に用いられる光学ユニットを提供する。
【０００７】
好ましくは、前記走査モジュールは、その延在方向が前記走査対物レンズの中心軸線方向と一致する第1のガイドレールを備え、前記走査対物レンズは前記第1のガイドレール上に摺動可能に設けられている。
【０００８】
好ましくは、前記光学ユニットは、その延在方向が前記走査対物レンズの中心軸線方向と一致する第2のガイドレールを備え、前記フラットフィールド対物レンズは前記第2のガイドレール上に摺動可能に設けられている。
【０００９】
好ましくは、前記光学ユニットは、前記総ダイクロイックミラーと前記走査モジュールとの間に設けられ、前記総ダイクロイックミラーを透過したビームをラインビームに変換してから前記走査モジュールに入射する第1のシリンドリカルレンズをさらに備える。
【００１０】
好ましくは、前記光源モジュールは順次に配列されたワイドバンド点光源、コリメートレンズと第1のフィルタ群を備え、前記ワイドバンド点光源は、複数の波長のワイドバンドレーザを発し、前記第1のフィルタ群は複数個の第1のフィルタを備え、前記第1のフィルタの数は、前記第1の光源が発したレーザの波長の種類数と同じであり、前記第1のフィルタは前記ワイドバンド点光源が発したレーザを、予定波長を有するレーザに濾過でき、前記第1のフィルタのそれぞれは前記光学ユニットの光路に分離可能に設けられることができ、
前記撮像モジュールは、第1の撮像対物レンズと、前記総ダイクロイックミラーと前記第1の撮像対物レンズとの間に設けられた第2のフィルタ群を備え、前記総ダイクロイックミラーで反射された光線は前記第2のフィルタ群を通じて前記第1の撮像対物レンズに入り、前記第2のフィルタ群は異なる波長の蛍光をそれぞれ透過可能な複数の第2のフィルタを備える。
【００１１】
好ましくは、前記光源モジュールは、複数個の前記第1のフィルタと一対一で対応する複数個の第1のフィルタ通過孔が設けられた第1のターンテーブルを備え、前記第1のフィルタは、対応する第1のフィルタ通過孔に設けられる。
【００１２】
好ましくは、前記撮像モジュールは複数個の前記第2のフィルタと一対一で対応する複数個の第2のフィルタ通過孔が設けられた第2のターンテーブルを備え、前記第2のフィルタは、対応する第2のフィルタ通過孔に設けられる。
【００１３】
好ましくは、前記ワイドバンド点光源は、中心波長が488nmであるワイドバンドレーザと中心波長が514nmであるワイドバンドレーザとを放射可能なアルゴンレーザ発振器と、中心波長が795nmであるワイドバンドレーザと、中心波長が830nmであるワイドバンドレーザとを放射可能な半導体レーザ発振器と、を備え、
前記第1のフィルタ群は、波長が488nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が514nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が795nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が830nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、を備え、
前記第2のフィルタ群は、波長が500nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタと、波長が810nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタと、を備える。
【００１４】
好ましくは、前記走査モジュールは走査ガルバノミラーと第1のダイクロイックビームスプリッタとをさらに備え、前記第1のダイクロイックビームスプリッタ、前記走査対物レンズは前記走査ガルバノミラーと前記フラットフィールド対物レンズとの間に順次に配列され、
前記光学ユニットは、発光アレイと第3の撮像対物レンズを備える視標モジュールをさらに備え、前記発光アレイは単独で制御可能な発光素子を複数備え、任意の前記発光素子が発した光は、前記第3の撮像対物レンズに入射するとともに前記第3の撮像対物レンズによって合焦されてから前記第1のダイクロイックビームスプリッタに射出され、前記第1のダイクロイックビームスプリッタによって前記フラットフィールド対物レンズに反射されることができる。
【００１５】
好ましくは、前記光学ユニットは、第2のダイクロイックビームスプリッタと、透光可能な中空部を有するリング光源と、第2の撮像対物レンズとを備える瞳孔検出モジュールをさらに備え、
前記第2のダイクロイックビームスプリッタは前記第1のダイクロイックビームスプリッタと前記第3の撮像対物レンズとの間に設けられ、前記第3の撮像対物レンズを通過した光線は、前記第2のダイクロイックビームスプリッタを通過することができ、前記リング光源は前記フラットフィールド対物レンズと前記被検位置との間に設けられ、前記リング光源は被検位置に向かって発光でき、かつ前記光源モジュールが発した光は前記リング光源の中空部を通過でき、前記被検位置からの反射光は、前記環状リングの中空部を通過して前記第1のダイクロイックビームスプリッタへ照射するとともに前記第1のダイクロイックビームスプリッタによって前記第2のダイクロイックビームスプリッタに反射されることができ、前記第2のダイクロイックビームスプリッタは、前記第1のダイクロイックビームスプリッタに反射される光を前記第2の撮像対物レンズに反射できる。
【００１６】
好ましくは、前記瞳孔検出モジュールは、前記第2の撮像対物レンズが発した光を受信する面アレイ光プローブをさらに備える。
【００１７】
好ましくは、前記第2のダイクロイックビームスプリッタの透過率は前記第2のダイクロイックビームスプリッタの反射率よりも小さい。
【００１８】
好ましくは、前記撮像モジュールは前記第1の撮像対物レンズの出光側に順次に配置された、第2のシリンドリカルレンズ、スリット絞りとライン光検出器をさらに備え、そのうち、前記スリット絞り、前記光源と前記被検位置は共役な位置にある。
【００１９】
好ましくは、前記スリット絞りのスリット幅は前記第1の撮像対物レンズのエアリーディスク径と等しい。
【００２０】
好ましくは、前記総ダイクロイックミラーは前記光源モジュールと前記走査モジュールとの間に設けられ、前記光源モジュールが発した光線は前記総ダイクロイックミラーを通過して前記走査モジュールに達することができ、かつ、前記総ダイクロイックミラーは前記被検位置からの反射光線を前記撮像モジュールに反射することができ、前記走査モジュールと前記フラットフィールド対物レンズは第1の直線上に設けられ、前記撮像モジュールを前記第1の直線に垂直な第2の直線上に設けることで、前記光源モジュールが発したプローブ光が前記総ダイクロイックミラーを通過することができ、被検位置によって跳ね返された反射光は前記総ダイクロイックミラーによって前記撮像モジュールに反射されることができる。
【００２１】
好ましくは、前記総ダイクロイックミラーは、第1の反射部と、当該第1の反射部上に形成された第1の光透過部とを備え、前記第1の反射部の光反射面は前記走査モジュールに向いており、前記光源モジュールが発したプローブ光は前記第1の光透過部を通過でき、被検位置によって跳ね返された反射光は前記反射部によって前記撮像モジュールに反射されることができる。
【００２２】
好ましくは、前記総ダイクロイックミラーは、透明本体と、前記透明本体上に設けられた分光膜とを備える。
【００２３】
好ましくは、前記総ダイクロイックミラーは前記撮像モジュールと前記走査モジュールとの間に設けられ、前記撮像モジュール、前記総ダイクロイックミラー、前記走査モジュールと前記フラットフィールド対物レンズは第3の直線上に配列され、前記光源モジュールを前記第3の直線に垂直な第4の直線上に設けることで、前記光源モジュールが発したプローブ光が前記総ダイクロイックミラー上に照射されるとともに、前記総ダイクロイックミラーによって前記走査モジュールに反射できようにし、かつ被検位置によって跳ね返された反射光は前記総ダイクロイックミラーを通過して前記撮像モジュールに達することができる。
【００２４】
好ましくは、前記総ダイクロイックミラーは、その光反射面が前記走査モジュールに向いている第2の反射部と、第2の光透過部とを備え、前記光源モジュールが発したプローブ光は前記第2の反射部上に照射するとともに、前記第2の反射部によって前記走査モジュールに反射されることができ、被検位置によって跳ね返された反射光は前記第2の光透過部を通過して前記撮像モジュールに達することができる。
【００２５】
好ましくは、前記総ダイクロイックミラーは、透明本体と、前記透明本体上に設けられた分光膜とを備える。
【００２６】
本発明の別の方面として、本発明が提供する上記光学ユニットである光学ユニットと、前記撮像モジュールから射出された光線に基づいて対応する画像を生成する画像生成モジュールを備えるプロセッサと、を備える網膜撮像デバイスを提供する。
【００２７】
好ましくは、前記光学ユニットは前記第2の撮像対物レンズを備え、前記画像生成モジュールは前記第2の撮像対物レンズが発した光線に基づいて対応する画像を生成する。
【発明の効果】
【００２８】
大半の人の眼は屈折異常であるため、本願の光学ユニットにおけるフラットフィールド対物レンズは、このフラットフィールド対物レンズの中心軸に沿って往復移動して異なる屈折補償量を生成できるため、異なる人眼の屈折異常のデフォーカス量を補償でき、本発明が提供する光学ユニットで鮮明な人間の網膜画像を取得できる。
【００２９】
網膜は、神経繊維層、神経細胞層、血管層、視覚細胞層およびメラニン上皮細胞層等の多層を含む、人眼眼底に位置する約300μm厚の膜である。網膜の異なる層には、異なる疾患および生理学的過程も現れる可能性がある。走査対物レンズはその中心軸に沿って往復移動して異なるデフォーカス量を生成することができ、網膜の深さの異なる層の画像を観察することができる。つまり、走査対物レンズは、網膜の深さの異なる層によって放射された光を撮像モジュールに伝達し、撮像モジュールを通じて網膜の深さの異なる層の画像を取得することができる。
【００３０】
本発明が提供する光学ユニットで網膜に対し縦方向クロマトグラフを行うことができ、網膜の三次元画像を取得でき、また網膜の異なる層の画像を観察でき、臨床検査の正確性と包括性を向上できた。
【００３１】
図面は本発明に対するさらなる理解を提供するためのものであり、かつ明細書の一部を構成し、下記の具体的な実施の形態と併せて本発明を説明するものであるが、本発明を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明が提供する、網膜撮像に用いられる光学ユニットの第1の実施の形態の構造模式図である。
【図２ａ】総ダイクロイックミラーの実施の形態の模式図である。
【図２ｂ】総ダイクロイックミラーの別の実施の形態の模式図である。
【図３】第1のターンテーブルの実施の形態の模式図である。
【図４】（ａ）は駆動信号を走査するタイミングチャート、（ｂ）は同期信号を走査するタイミングチャート、（ｃ）はフレーム同期信号のタイミングチャート、（ｄ）はフレーム同期に変調されたライン光検出器信号のタイミングチャートである。
【図５】本発明が提供する、網膜撮像デバイスで網膜を検出する方法のフローチャートである。
【図６】本発明が提供する、網膜撮像に用いられる光学ユニットの第2の実施の形態の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を組み合わせて本発明の具体的な実施の形態について詳しく説明する。ここに記載されている具体的な実施の形態は本発明を説明、解釈するためだけのものであって、本発明に制限するものではないと理解すべきである。
【００３４】
図１に示すように、本発明の1つの方面として、光源モジュール100、総ダイクロイックミラー200、撮像モジュール800、走査モジュール400とフラットフィールド対物レンズ600を備える、網膜撮像に用いられる光学ユニットを提供する。そのうち、フラットフィールド対物レンズ600は走査モジュール400と被検位置との間に設けられる。人眼11は被検位置にある。
【００３５】
光源モジュール100は被検位置を照光するプローブ光（このプローブ光は細いビームである）を発し、前記プローブ光は前記総ダイクロイックミラー200を介して走査モジュール400にガイドされ、走査モジュール400を介して被検位置に向けて射出し、これにより被検位置にある人眼11の眼底を照光する。人眼11の眼底からの反射光線は走査モジュール400を通過して総ダイクロイックミラー200に達するとともに、当該総ダイクロイックミラー200によって撮像モジュール800にガイドされることができる。そのうち、走査モジュール400はその中心軸線に沿って往復移動可能な走査対物レンズ430と、その中心軸線に沿って往復移動可能なフラットフィールド対物レンズ600と、を備える。
【００３６】
ここで、「総ダイクロイックミラーによってガイドされる」ということには、総ダイクロイックミラーを通過することと、総ダイクロイックミラーによって反射されることの少なくとも2つの状況が含まれる。この2つの状況については後で詳しく説明するので、ここでは省略する。
【００３７】
前記光学ユニットで被測定者の網膜を撮像する際、被測定者の測定される目は前記被検位置に位置し、かつ測定される人眼11、走査対物レンズ430、総ダイクロイックミラー200はいずれも同じ直線上に位置する。被測定者をテストする際、光源モジュール100を起動させて検出光を生成する。この検出光は総ダイクロイックミラー200、走査モジュール400の走査対物レンズ430を通って人眼11に達する。人眼眼底の網膜で反射された光線は走査対物レンズ430を通って総ダイクロイックミラー200に達してよく、また総ダイクロイックミラー200によって撮像モジュール800にガイドされ、撮像モジュール800の光線を採集して網膜の画像を得られる。
【００３８】
大半の人の眼は屈折異常であるが、本願の光学ユニットにおけるフラットフィールド対物レンズ600は、このフラットフィールド対物レンズ600の中心軸に沿って往復移動して異なる屈折補償量を生成できるため、異なる人眼の屈折異常のデフォーカス量を補償でき、本発明が提供する光学ユニットで鮮明な人間の網膜画像を取得できる。
【００３９】
網膜は、神経繊維層、神経細胞層、血管層、視覚細胞層およびメラニン上皮細胞層等の多層を含む、人眼眼底に位置する約300μm厚の膜である。網膜の異なる層には、異なる疾患および生理学的過程も現れる可能性がある。走査対物レンズ430はその中心軸に沿って往復移動して異なるデフォーカス量を生成することができ、網膜の深さの異なる層の画像を観察することができる。つまり、走査対物レンズ430は、網膜の深さの異なる層によって放射された光を撮像モジュール800に伝達し、撮像モジュールを通じて網膜の深さの異なる層の画像を取得することができる。
【００４０】
具体的には、走査対物レンズ430のデフォーカス量を調節することによって、神経繊維層、神経細胞層、血管層、視覚の細胞層およびメラニン上皮細胞層の画像を取得できる。本発明が提供する光学ユニットで網膜に対し縦方向クロマトグラフを行うことができ、網膜の三次元画像を取得でき、また網膜の異なる層の画像を観察でき、臨床検査の正確性と包括性を向上できた。
【００４１】
例えば、本発明が提供する光学ユニットにおいて、走査対物レンズ430のデフォーカス量が0の場合、血管層の画像が得られる。走査対物レンズ430のデフォーカス量が-100μmの場合、神経繊維層の画像が得られる。走査対物レンズ430のデフォーカス量が100μmの場合、細胞層の画像が得られる。
【００４２】
本発明において、総ダイクロイックミラー200、光源モジュール100、撮像モジュール800、走査モジュール400の四者の間の位置関係については特別な限定がない。
【００４３】
例えば、図１に示す実施の形態において、総ダイクロイックミラー200は光源モジュール100と走査モジュール400との間に設けられている。光源モジュール100が発した光線は総ダイクロイックミラーを通過して走査モジュール400に達することができ、かつ、中総ダイクロイックミラー200は被検位置からの反射光線を前記撮像モジュールに反射することができる。
【００４４】
本発明において、総ダイクロイックミラー200の具体的な構造に対し具体的に限定しない。以下、2種類の総ダイクロイックミラー200の具体的な実施の形態を組み合わせて上文に記載の「総ダイクロイックミラーによってガイドされる」ことについて詳しく説明する。
【００４５】
1つ目の状況において、つまり、図１に示す状況においては、総ダイクロイックミラー200は透明本体と、前記透明本体上に設けられた分光膜とを備えてよい。つまり、総ダイクロイックミラー200は分光フィルムまたは分光プリズムであってよい。
【００４６】
光源モジュール100、総ダイクロイックミラー200、走査モジュール400とフラットフィールド対物レンズ600は同じ第1の直線L1上に設けられ、分光膜と第1の直線L1との間の夾角は45°であって、さらに撮像モジュール800は前記第1の直線L1に垂直な第2の直線L2上に設けられている。
【００４７】
具体的に光源モジュール100と撮像モジュール800のうち、どれが第1の直線L1上に設けられ、どれが第2の直線L2上に設けられるかは、分光膜の透反比によって決定される。
【００４８】
例えば、図１に示す実施の形態において、網膜の撮像を実現するために、総ダイクロイックミラー200の透過率はこの総ダイクロイックミラー200の反射率よりも小さく、好ましくは、総ダイクロイックミラーの透反比は1:9に設けてよい。この場合には、「前記プローブ光は前記総ダイクロイックミラー200を介して走査モジュール400にガイドされ」とは、プローブ光が総ダイクロイックミラー200を通過して走査モジュール400に達することを指し、「被検位置からの反射光線は走査モジュール400を通過して総ダイクロイックミラー200に達するとともに総ダイクロイックミラー200によって撮像モジュール800にガイドされることができる」とは、被検位置からの反射光線は走査モジュール400を通過して総ダイクロイックミラー200に達するとともに総ダイクロイックミラー200によって撮像モジュール800に反射されることができることを指す。
【００４９】
総ダイクロイックミラー200の透過率がこの総ダイクロイックミラー200の反射率よりも大きい場合、撮像モジュール800を第1の直線L1上に設け、光源モジュール100を第2の直線L2上に設けることができる。このような実施の形態においては、好ましくは、総ダイクロイックミラー200の透反比を9:1に設けてよい。この場合には、「前記プローブ光は前記総ダイクロイックミラー200を介して走査モジュール400にガイドされ」とは、プローブ光が総ダイクロイックミラー200によって走査モジュール400に反射されることを指し、「被検位置からの反射光線は走査モジュール400を通過して総ダイクロイックミラー200に達するとともに総ダイクロイックミラー200によって撮像モジュール800にガイドされることができる」とは、被検位置からの反射光線は走査モジュール400を通過して総ダイクロイックミラー200に達するとともに総ダイクロイックミラー200を通過して撮像モジュール800に達することができることを指す。
【００５０】
2つ目の状況において、図２ａと図２ｂに示すように、総ダイクロイックミラー200はさらに中空のリフレクタであってよい。図２に示すように、総ダイクロイックミラー200は第1の反射部220と、この第1の反射部220上に形成された第1の光透過部210とを備え、第1の反射部220の光反射面は走査モジュール400に向いており、眼底で反射された光線を撮像モジュール800に反射する。このような実施の形態においては、第1の反射部220の光反射面は走査モジュール400に向いており、かつ走査モジュール400との間の夾角は45°であって、光源モジュール100、総ダイクロイックミラー200、走査モジュール400とフラットフィールド対物レンズ600は第1の直線L1上に配列され、撮像モジュール800は第1の直線L1に垂直な第2の直線L2上に設けられている。光源モジュール100が発したプローブ光は第1の光透過部210を通過でき、被検位置によって跳ね返された反射光は第1の反射部220によって撮像モジュール800に反射されることができる。
【００５１】
図２ａと図２ｂに示す総ダイクロイックミラー200は迷光を除去して、最終的に得られる眼底画像をより鮮明にすることができる。
【００５２】
図２ａに示すように、光透過部210は円貫通穴であってよい。光透過部210の直径は3mmが好ましく、この場合には、光透過部は迷光を除去できる。迷光が除去された後のプローブ光は走査モジュール400に入射する。
【００５３】
当然ながら、光透過部210はさらに他の形状の孔であってよく、例えば、光透過部210は図２ｂに示す幅が3mmのスリットであってよい。
【００５４】
図６に示す実施の形態において、総ダイクロイックミラー200は撮像モジュール800と走査モジュール400との間に設けられている。このような実施の形態においては、総ダイクロイックミラー200は、その光反射面が走査モジュール400に向かう第2の反射部と、第2の光透過部とを備える。撮像モジュール800、総ダイクロイックミラー200、走査モジュール400とフラットフィールド対物レンズ600は第3の直線L3上に配列され、光源モジュール100は第3の直線L3に垂直な第4の直線L4上に設けられて、光源モジュール100が発したプローブ光は前記第2の反射部上に照射するとともに、前記第2の反射部によって走査モジュール400に反射されることができ、被検位置によって跳ね返された反射光は前記第2の光透過部を通過して前記撮像モジュールに達することができる。
【００５５】
このような実施の形態においては、第2の光透過部は第2の反射部上に形成された円孔或いはスリットであってよい。被検位置によって跳ね返された反射光は前記第2の光透過部を通過することができる。
【００５６】
このような実施の形態においては、総ダイクロイックミラー200の第2の反射部の光反射面は光源モジュール100に向いており、かつ光源モジュール100の位置する第4の直線L4との間の夾角は45°となる。
【００５７】
図６に示す実施の形態において、前記総ダイクロイックミラーは、透明本体と、前記透明本体上に設けられた分光膜とを備えてもよい。
【００５８】
本発明では、走査対物レンズ430を如何に移動させるかについて特別な制限がない。ひとつの実施の形態として、走査モジュール400は、その延在方向が走査対物レンズ430の中心軸線方向と一致する第1のガイドレール（図示しない）を備えることができ、走査対物レンズ430は前記第1のガイドレール上に摺動可能に設けられている。第1のガイドレール上を摺動するよう走査対物レンズ430を如何に駆動するかについて特別な制限がない。例えば、ステッピングモータによって、第1のガイドレールに沿って摺動するよう走査対物レンズ430を駆動することができる。ステッピングモータを設けるメリットは、走査対物レンズ430の位置を精確に制御でき、これにより走査対物レンズ430のデフォーカス量を精確に制御して検出画像をより精確にすることができることにある。
【００５９】
本発明において、フラットフィールド対物レンズ600を如何に移動させるかについても特別な要求はない。例えば、前記光学ユニットは、その延在方向がフラットフィールド対物レンズ600の中心軸線方向と一致する第2のガイドレール（図示しない）を備えることができ、フラットフィールド対物レンズ600は前記第2のガイドレール上に摺動可能に設けられている。走査対物レンズ430を駆動することに近似して、ステッピングモータによって、第2のガイドレールに沿って摺動するようフラットフィールド対物レンズ600を駆動することができる。
【００６０】
好ましくは、走査モジュール400に入るプローブ光はラインビームであって、対応して、前記光学ユニットは、総ダイクロイックミラー200と走査モジュール400との間に設けられた第1のシリンドリカルレンズ300をさらに備えてよい。第1のシリンドリカルレンズ300は、総ダイクロイックミラー200を透過した細いビームを線状構造光に変換することができ、線状構造光は走査モジュール400を通過して人眼に入り、人眼の網膜上に線形構造光を形成する。眼底に入る線状構造光は網膜によって反射された後に網膜上のこの線状構造光の強度情報を運んで、もとの経路をたどり、総ダイクロイックミラー200を介して撮像モジュール800に反射される。
【００６１】
本発明において、第1のシリンドリカルレンズ300は、400nm〜900nm周波数範囲内で色差を除去可能な色消し接合シリンドリカルレンズであってよい。例えば、thorlabs社のACY254-050-Aを第1のシリンドリカルレンズ300として選択することができる。
【００６２】
本発明において、光源モジュール100の具体的な構造を限定しない。図１に示す実施の形態において、光源モジュール100は、順次に配列されたワイドバンド点光源110、コリメートレンズ120を備える。ここで、ワイドバンド点光源110は、ピッグテールファイバー付き点光源であってよい。ワイドバンド点光源110が発した光はコリメートレンズ120を経てから平行ビームとなる。
【００６３】
網膜における各層の分光感度は異なり、具体的な必要に応じて異なる網膜の異なる層に対し撮像或いは造影撮像を行うことができる。例えば、視細胞層を観察する必要がある場合は、近赤外光を用いて比較するのが適切であって、血管内の血細胞の流動を観察する必要がある場合は、緑色光を用いて比較するのが適切であって、メラニン上皮層を観察する必要がある場合は、リポフスチンの568nmで励起される自家蛍光効果を利用する必要がある。上記機能を実現するために、光源モジュール100は上記各光を発することができなければならない。
【００６４】
本発明において、光源モジュール100は、波長の異なるレーザをそれぞれ発することで走査モジュールと撮像モジュールに協働させて光源を異なる層へ提供する複数個の点光源110を備えることができる。
【００６５】
光源モジュール100の構造を簡易化するために、好ましくは、光源モジュール100は順次に配列された点光源110、コリメートレンズ120と第1のフィルタ群130を備える。前記点光源110は、複数の波長のワイドバンドレーザを発する。第1のフィルタ群130は複数個の第1のフィルタを備え、前記第1のフィルタの数は、前記第1の光源が発したレーザの波長の種類数と同じであり、前記第1のフィルタは前記点光源が発したレーザを、予定波長を有するレーザに濾過でき、前記第1のフィルタのそれぞれは前記光学ユニットの光路に分離可能に設けることができる。対応して、撮像モジュール800は、総ダイクロイックミラー200と第1の撮像対物レンズ820との間に設けられた第2のフィルタ群810を備え、第2のフィルタ群810は異なる波長の蛍光をそれぞれ通過可能な複数の第2のフィルタを備える。
【００６６】
ここで、「分離可能に設ける」とは、前記第1のフィルタ群における第1のフィルタを光路から取り出すこともできれば、第1のフィルタを光路に設けることもできることを指す。
【００６７】
点光源110が発したのはワイドバンドレーザであるため、第1のフィルタによるフィルタリングを経て、対応する波長を有する狭帯域レーザー得ることができる。フィルタのコストは点光源のコストよりも低く、かつフィルタは体積が小さく、電力を必要とせず、前記光学ユニットに容易に取り付けられ、或いは、前記光学ユニットから容易に取り外すことができる。
【００６８】
本発明において、網膜の画像を取得する必要がある場合、光源110が発した光は点光源であって、コリメートレンズ120を経てから平行ビームに平行化されるとともに、所要の第1のフィルタによって所要のスペクトル線を選択した後に総ダイクロイックミラー200によって分光され、総ダイクロイックミラー200を透過した部分は第1のシリンドリカルレンズ300を経て一次元ラインビームに変換されるとともに走査モジュール400に達し、走査モジュール400を通過してから人眼に伝播する。
【００６９】
本発明において、第1のフィルタ群における第1のフィルタを如何に交換するかについては特別な要求はない。好ましい実施の形態として、図３に示すように、前記光源モジュールは、複数個の前記第1のフィルタと一対一で対応する複数個の第1のフィルタ通過孔131aが設けられた第1のターンテーブル131を備え、前記第1のフィルタは、対応する第1のフィルタ通過孔131aに設けられる。第1のターンテーブルを回転することによって、所要の第1のフィルタを光路に設けることができる。
【００７０】
好ましくは、図３に示すように、第1のターンテーブル131上には第1の貫通孔131bをさらに設けることができ、この第1の貫通孔131bには、如何なるフィルタも設けず、光線が直接通過できる。このような実施の形態においては、回転ターンテーブルを外さずに、ターンテーブルを回転することで光路に第1のフィルタを設置しまたは取り除くことができ、作業者は操作がしやすい。
【００７１】
同様に、本発明において、第2のフィルタ群における第2のフィルタを如何に交換するかについても特別な要求はない。好ましい実施の形態として、前記第1の撮像は複数個の前記第2のフィルタと一対一で対応する複数個の第2のフィルタ通過孔が設けられた第2のターンテーブルを備え、前記第2のフィルタは、対応する第2のフィルタ通過孔に設けられる。第2のターンテーブルを回転することによって、所要の第2のフィルタを検出光路に設けることができる。
【００７２】
作業者が操作しやすいよう、好ましくは、第1のターンテーブルに近似して、第2のターンテーブルに第2の貫通孔を設けることができ、この第2の貫通孔にはいかなるフィルタも設けず、光線が直接通過できる。
【００７３】
好ましい実施の形態として、前記点光源は、中心波長が488nmであるワイドバンドレーザと中心波長が514nmであるワイドバンドレーザとを放射可能なアルゴンレーザ発振器と、中心波長が795nmであるワイドバンドレーザと中心波長が830nmであるワイドバンドレーザとを放射可能な半導体レーザ発振器と、を備える。
【００７４】
前記第1のフィルタ群は、波長が488nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が514nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が795nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が830nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、を備える。
【００７５】
前記第2のフィルタ群は、波長が500nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタと、波長が810nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタと、を備える。
【００７６】
具体的な応用時には、アルゴンレーザ発振器と半導体レーザ発振器の発光を選択的に制御することができる。
【００７７】
眼底に対しフルオレセインナトリウム血管造影を行う必要がある場合、波長が488nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が500nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタとを光路に設けることによって、フルオレセインナトリウム血管造影撮像を実現できる。
【００７８】
網膜に対し赤光なし撮像を行う場合、波長が514nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタを光路に設けるとともに、全ての第2のフィルタをいずれも光路から取り出して、これによって網膜に対し赤光なし撮像を実現できる。
【００７９】
眼底に対しICGA(Indocyanine green dye angiography)を行う必要がある場合、波長が795nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタと、波長が810nmである蛍光をフィルタリングする第2のフィルタとを光路に設けることによって、ICGA(Indocyanine green dye angiography)を実現する。
【００８０】
網膜に対し赤外光撮像を行う必要がある場合、波長が830nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタを光路に設けるとともに、第2のフィルタを光路から取り出して、これによって網膜に対し網膜の赤外光撮像を実現する。
【００８１】
好ましい実施の形態として、図１に示すように、走査モジュール400は、走査ガルバノミラー410と第1のダイクロイックビームスプリッタ420をさらに備えてよく、第1のダイクロイックビームスプリッタ420、走査対物レンズ430は、走査ガルバノミラー410とフラットフィールド対物レンズ600との間に順次に配列されている。
【００８２】
図に示すように、第1のダイクロイックビームスプリッタ420の分光膜と第1の直線L1との間の夾角は45°であってよい。
【００８３】
網膜の異なる領域に対し撮像を実現するために、好ましくは、前記光学ユニットは視標モジュール500をさらに備えてもよい。図１中に示すように、視標モジュール500は発光アレイ510と第3の撮像対物レンズ520を備える。発光アレイは単独で制御可能な発光素子（前記発光素子はLEDであってよい）を複数個備え、いずれかの発光素子が発した光は第3の撮像対物レンズ520に入射可能であって、この第3の撮像対物レンズ520は入射光線を合焦し、合焦した後の光線は第1のダイクロイックビームスプリッタ420へ射出するとともに、この第1のダイクロイックビームスプリッタ420によってフラットフィールド対物レンズ600に反射され、最終的に人眼11の眼底の対応領域に射出する。
【００８４】
当該実施の形態において、発光するよう発光アレイ510の異なる位置の発光素子を制御することによって、人11の網膜上の異なる領域が照光され、網膜の異なる領域に対する撮像を実現できる。
【００８５】
本発明において、発光するように発光アレイ510の各発光素子を如何に駆動するかには特別な限定がない。例えば、USBインタフェース、ブルートゥース（登録商標）、ネットワーク回線インタフェース、パラレルポート・シリアルポートの何れかのデータ接続ポートを通じて発光アレイ510をマスターコンピュータ900に接続し、発光アレイ510上の異なる発光素子が発光するようにマスターコンピュータ900によって制御する。
【００８６】
視標モジュール500の第3の撮像対物レンズ520の中心軸は第1の直線L1に垂直である。
【００８７】
人眼の瞳孔のリアルタイムモニタリングを実現し、システムのデバッグを容易にし、そして被験者の撮像検査を容易にすることができるように、好ましくは、前記光学ユニットは、第2のダイクロイックビームスプリッタ710、リング光源720と第2の撮像対物レンズ730とを備える瞳孔検出モジュール700を更に備える。
【００８８】
リング光源720はフラットフィールド対物レンズ600と被検位置との間に設けられ、被検位置に向かって発光できる。
【００８９】
第2のダイクロイックビームスプリッタ710は走査モジュール400の第1のダイクロイックビームスプリッタ420と第3の対物レンズ520との間に設けられ、かつ第2のダイクロイックビームスプリッタ710の分光膜と、第3の対物レンズ520の中心軸線との間の夾角は45°である。前記被検位置からの反射光は、環状リング720を通過する中空部によって第1のダイクロイックビームスプリッタ420に照射されるとともに、この第1のダイクロイックビームスプリッタ420によって第2のダイクロイックビームスプリッタ710に反射され、この第2のダイクロイックビームスプリッタ720は第1のダイクロイックビームスプリッタ420で反射された光を第2の撮像対物レンズ730に反射することができる。第2の撮像対物レンズ730によって、人眼の瞳孔の画像を取得できる。第2の撮像対物レンズ730の中心軸線は第3の撮像対物レンズ520の中心軸線に垂直である。
【００９０】
リング光源720はリングに配列されたLEDランプであってよく、中間が円形スルーホールである。リング光源を点灯してから発する光は人眼の角膜を照光し、角膜は、リング光源に射出されたリングビームを反射してから直接リング光源720の中間スルーホールを通過し、そして、第1のダイクロイックビームスプリッタ420を介して第2のダイクロイックビームスプリッタ710に反射され、また第2のダイクロイックビームスプリッタ710によって反射された後に第2の撮像対物レンズ730によって合焦されて面アレイ光プローブ740に入り、面アレイ光プローブ740は光強度信号を電気信号に変換し、マスターコンピュータ900に直接出力し、これによってコンピューター900によって人眼の瞳孔画像が取得され、瞳孔に対するリアルタイムモニタリング、系光学撮像のアライメントと位置決めなどの機能を実現し、またマスターコンピュータ900によって画像記憶、画像処理と分析、ファイル処理などを行うことができる。
【００９１】
本発明において、リング光源の具体的な構造に対し特別に制限しない。例えば、リング光源は複数個のLEDが配列されたリング光源であってよい。リング光源の真ん中は中空であって、検出光線と反射光線が通過できてもよい。
【００９２】
好ましくは、瞳孔検出モジュール700は、第2の撮像対物レンズ730からの光を検出するとともに撮像することができる面アレイ光プローブ740をさらに備えてよい。
【００９３】
好ましくは、撮像モジュール800は第1の撮像対物レンズ820の出光側に順次に配列される第2のシリンドリカルレンズ830、スリット絞り840とライン光検出器850をさらに備える。
【００９４】
総ダイクロイックミラー200で反射した光線は第1の撮像対物レンズ820によって拡大率が整合され、第2のシリンドリカルレンズ830によってラインビームに合焦され、スリット絞り840を通過してライン光検出器850に達して網膜ラインビーム照光位置の連続光強度情報が得られる。
【００９５】
第2のシリンドリカルレンズ830は光線の利用率を高め、エネルギー損失を低減することができる。スリット絞り840は最終的に得られる画像をより鮮明にするために、迷光をフィルタリングできる。
【００９６】
好ましくは、前記スリット絞りのスリット幅は前記撮像対物レンズのエアリーディスク径と等しく、これによって、人眼の網膜非焦点面の位置の迷光を完全にフィルタリングすることができ、共焦点撮像が高い解像度を有することを保証することができる。
【００９７】
走査ガルバノミラー410は入射されたリニア構造光に対し一次元走査を行うとともに、走査対物レンズ430で整合されてフラットフィールド対物レンズ600で変換された後に伝播して人眼に入り、また人眼の光学系を通じてリニア構造光を網膜一次元リニア構造ビームに合焦し、人眼眼底は入射光を散乱させる作用を果たし、散乱光は人眼の網膜の光強度情報の撮像ビームを運び、この撮像ビームは人眼の網膜から反射されてから射出する。その後、人眼で反射された撮像ビームはフラットフィールド対物レンズ600を介してフラットフィールドビームに変換されて元の道路に沿って、撮像ビームを撮像モジュール800に反射する総ダイクロイックミラー200に戻る。
【００９８】
網膜は大きな曲率を有する湾曲構造であるため、網膜によって反射される結像ビームは大きな歪曲収差を有し、結像ビームもまた湾曲形状であり、人眼の光学系パラメータと網膜構造がフラットフィールド対物レンズ600によって結合され、網膜曲面に反射する撮像ビームがフラットフィールドビームに変化するのを満足することができ、歪みの影響が排除される。
【００９９】
図１に示す具体的な実施の形態において、撮像モジュール800は、順次に配列された第2のフィルタ群810、第1の撮像対物レンズ820、第2のシリンドリカルレンズ830、スリット絞り840とライン光検出器850を備える。撮像ビームは、第2のフィルタ群810における第2のフィルタを介して所要のスペクトル線を選択して第1の撮像対物レンズ820によって合焦された後に、第2のシリンドリカルレンズ830によってラインビームに復元され、スリット絞り840が迷光をフィルタリングした後にライン光検出器850に入る。
【０１００】
本発明が提供する光学ユニットにおいては、網膜の異なる画角内の画質を評価指標とすることで、リニア構造ビームが人眼の網膜を照光する作用が回折限界に達するようにしている。
【０１０１】
本発明の別の方面として、本発明が提供する上記光学ユニットである光学ユニットと、前記撮像モジュールから射出された光線に基づいて対応する画像を生成する画像生成モジュールを備えるプロセッサと、を備える網膜撮像デバイスを提供する。
【０１０２】
上文に述べている通り、走査対物レンズ430が異なるデフォーカス量を生成することができるため、網膜上の異なる層を撮像でき、網膜に対しより全面的に検査できる。加えて、フラットフィールド対物レンズ600は異なるデフォーカス量を生成することができ、これによって、異なる患者について鮮明な眼底画像を得られるよう、人眼の屈折異常現像を補償することができる。
【０１０３】
本発明において、プロセッサはマスターコンピュータ900を備えてよい。
【０１０４】
前記光学ユニットはライン光検出器850と走査ガルバノミラー410を備える場合、画像生成モジュールは画像キャプチャボード850aと関数生成カード410aを備えてよい。画像キャプチャボード850aの入力端部は、ライン光検出器850が生成した電気信号に基づいて対応する画像を生成するライン光検出器850の出力端部に接続されている。関数生成カード410aは、走査ガルバノミラー410と、走査ガルバノミラー410を駆動するマスターコンピュータ900にそれぞれ接続されている。
【０１０５】
本発明において、マスターコンピュータ900は主に各制御命令を出力して、画像の再構成、表示、記憶、処理、分析およびファイル処理を行う等の機能を実現する。
【０１０６】
無論、ライン光検出器850がネットワークケーブルインターフェースである場合、画像生成モジュールは前記画像キャプチャボードを備えず、ライン光検出器850から出力された電気信号が対応する画像を生成してもよい。
【０１０７】
前記光学ユニットが瞳孔検出モジュール700を備える場合、画像生成モジュールはさらに、瞳孔検出モジュール700が得た画像を生成するのに用いられる。図１に示す実施の形態において、マスターコンピュータ900は面アレイ光プローブ740の出力端部に接続されている。
【０１０８】
以下、図１と図４を組み合わせて、本発明が提供する網膜撮像デバイスの作動原理について記述する。
【０１０９】
図１に示す実施の形態において、光学ユニットは光源モジュール100、総ダイクロイックミラー200、第1のシリンドリカルレンズ300、走査モジュール400、視標モジュール500、フラットフィールド対物レンズ600、瞳孔検出モジュール700および撮像モジュール800を備える。
【０１１０】
光源モジュール100は点光源110、コリメートレンズ120と第1のフィルタ群を備える。点光源110は、中心波長が488nmであるレーザと中心波長が514nmであるレーザとを放射可能なアルゴンレーザ発振器と、中心波長が795nmであるレーザと、中心波長が830nmであるレーザとを放射可能な半導体レーザ発振器と、を備える。
【０１１１】
第1のフィルタ群は4つの狭帯域フィルタを備え、それぞれ488nm波長の光をフィルタリング可能な第1のフィルタ、514nm波長の光をフィルタリング可能な第1のフィルタ、795nm波長の光をフィルタリング可能な第1のフィルタと830nm波長の光をフィルタリング可能な第1のフィルタである。
【０１１２】
コリメートレンズ120は色消しダブル接合レンズであって、このコリメートレンズは400nm〜900nm周波数範囲内の光の色差を除去でき、コリメートレンズ120の焦点距離は30mmである。
【０１１３】
総ダイクロイックミラー200は、図２に示す、光透過部と反射部を備える総ダイクロイックミラーを採用し、光透過部の直径は3mmである。
【０１１４】
第1のシリンドリカルレンズ300は色消し接合シリンドリカルレンズを採用し、400nm〜900nm周波数範囲内の光の色差を除去することができ、本発明においてはthorlabs社のACY254-050-Aを用いた。
【０１１５】
走査モジュール400は順次に配列された、走査ガルバノミラー410、第1のダイクロイックビームスプリッタ420と走査対物レンズ430を備える。そのうち、走査ガルバノミラー410は反射式走査ガルバノミラーであって、本発明においてはCambridge Technology社のmodel 6210H型製品を用い、その光学有効径は3mmである。第1のダイクロイックビームスプリッタ420はスペクトルダイクロイックミラーである。走査対物レンズ430は色消し接合レンズであって、本発明においては400nm〜900nmの色消しレンズを用い、その焦点距離は50mmである。
【０１１６】
フラットフィールド対物レンズ600は網膜曲面の非フラットフィールド歪みを除去する。本発明においてはVolk社のフラットフィールド対物レンズを用い、その機種はVOLKスリットランプフロントミラー66Dである。
【０１１７】
瞳孔検出モジュール700は、第2のダイクロイックビームスプリッタ710、リング光源720、第2の撮像対物レンズ730と面アレイ光プローブ740を備える。
【０１１８】
第2のダイクロイックビームスプリッタ710は分光フィルムであって、視標モジュール500から射出された光スペクトル線とリング光源720から射出されたビームスペクトル線とに基づいて第2のダイクロイックビームスプリッタ710の分光膜系を設計する。
【０１１９】
リング光源720の真ん中の円形貫通穴は直径が10mmである。
【０１２０】
第2の撮像対物レンズ730は色消しダブル接合レンズであって、本発明においては、400nm〜900nmの色消しが採用され、その焦点距離は80mmである。
【０１２１】
面アレイ光プローブ740は、面アレイ電荷結合素子、面アレイ相補型金属酸化膜半導体アレイ、またはエリアアレイフォトダイオードアレイであってよい。本実施例においてはドイツBasler社の面アレイ電荷結合カメラを用い、その機種はdaA1920-30um、画素は1920×1080、白黒撮像、フレームレートが毎秒最大30フレームである。
【０１２２】
視標モジュール500は発光アレイ510と第3の撮像対物レンズ520を備える。発光アレイ510は8×8のLEDアレイであって、隣り合った2つのLEDの中心間隔は2mmである。第3の撮像対物レンズ520はダブル接合色消しレンズであって、焦点距離が100mmである。
【０１２３】
撮像モジュール800は第2のフィルタ群810、第1の撮像対物レンズ820、第2のシリンドリカルレンズ830、スリット絞り840とライン光検出器850を備える。第2のフィルタ群は500nm波長をフィルタリング可能な第2の光フィルタと、810nm波長をフィルタリング可能な第2のフィルタとを備える。
【０１２４】
第1の撮像対物レンズ820は色消しダブル接合レンズであって、本発明においては400nm〜900nmの色消しを用い、その焦点距離は100mmである。
【０１２５】
第2のシリンドリカルレンズ830は色消し接合シリンドリカルレンズを採用し、400nm〜900nmの周波数範囲内に対し色消しをし、本実施例においてはthorlabs社のACY254-050-Aシリンドリカルレンズを用いた。
【０１２６】
スリット絞り840は変調可能なスリット絞りであって、本実施例においては北京卓立漢光のAPAS80-1Aを用い、その位置は眼底網膜と平面共役である。
【０１２７】
ライン光検出器850はリニアアレイCCD、リニアアレイCMOS、或いはリニアアレイフォートダイオードアレイである。本実施例ではBASLER社のリニアアレイCCDを用い、その機種はspL2048-140km、リニア画素は2*2048、セルサイズは10μm×10μmである。ライン光検出器850は連続光強度信号をアナログ電気信号に変換し、走査ガルバノミラー410と同期電圧を生成し、それらを、関数生成カード410aと画像キャプチャボード850aからなる制御プロセッサに一緒に搬送し、画像キャプチャボード850aはまず走査同期電圧を変調してフレーム同期信号を得て、そして、このフレーム同期信号に基づいてライン光検出器850から出力されたアナログ電気信号をサンプリングし、ある時刻の強度情報が網膜上のどの線に対応するかを確定し、マスターコンピュータ900において網膜上のある矩形領域のリアルタイムの強度情報を最終的に復元する。具体的には以下の通りである。
【０１２８】
図４（ａ）に示すように、走査ガルバノミラー410の走査駆動信号はのこぎり波信号であって、これをフレーム同期信号に変換しなくてはならない。本実施例から見れば、コンパレータを用いて、のこぎり波形のフィードバック駆動信号をフレーム同期信号に変換することができる。走査駆動信号の振幅値は走査領域の要求に基づいて調整可能であるため、走査駆動信号を1つの固定レベル値と直接比較してフレーム同期信号を得る場合、このように得られたフレーム同期信号は振幅値に関係し、走査駆動信号の振幅値を調整する都度、比較レベルを改めて提供する必要があり、これでは操作性が悪い。そこで、設計においては、位置信号をゼロレベルと比較して（図４（ｂ）に示した）、走査同期信号を得ており（図４（ｃ）に示した）、この過程は走査駆動信号の振幅値と関係ない。さらに実際の必要に応じて走査同期信号を並進し、時延すれば、安定したフレーム同期信号を得ることができる（如図４（ｃ）に示した）。
【０１２９】
図４（ｃ）において、D1は時延を示し、D2はフレーム同期信号のパルス幅を示す。図４（ｄ）において、Sはライン光検出器で検知された信号を示し、Vはレベル参照値を示し、ここではゼロレベルである。
【０１３０】
図１に示すように、走査ガルバノミラー410から出力された走査駆動信号は関数生成カード410aによる変調を通じてフレーム同期信号を得て、ライン光検出器850から出力された信号を前記フレーム同期信号を用いて変調し、そして画像キャプチャボード850aを入力しサンプリングを行い、画像信号を再構成し、マスターコンピュータ900に出力して画像取得と表示、画像記憶、画像処理と分析、書類処理などを行う。
【０１３１】
関数生成カード410aは米国National Instruments社の関数生成カードを用い、その機種はNI PCI-6221である。
【０１３２】
画像キャプチャボード850aは米国National Instruments社の画像生成カードを用い、その機種はNI PCI-5122である。
【０１３３】
図５は、図１に示す網膜撮像デバイスを用いて被験者の網膜を撮像する方法を示す。
【０１３４】
図１に示すように、観察される対象は撮像された人眼11であって、まず、システムは人眼11の網膜に対してライン走査撮像を行う機能を実現でき、それには少なくとも4種類の機能撮像が含まれ、具体的には以下の通りである。
【０１３５】
被験者へ蛍光ナトリウム染料を手動で注入した後に、アルゴンレーザ発振器をオンにし、第1のターンテーブルによって第1のフィルタ群を設け、その中から波長が488nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタを選択し、このビームは前記光学ユニットの伝播を経て網膜を照光して眼底フルオレセインナトリウム染料を励起するとともに、第2のターンテーブルによって第2のフィルタ群を設けて波長が500nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタを選択して、網膜に対しフルオレセインナトリウム血管造影撮像を実現する。
【０１３６】
アルゴンレーザ発振器をオンにして、第1のターンテーブルによって第1のフィルタ群を設けて、その中から波長が514nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタを選択し、このビームは前記光学ユニットを経て眼底に伝播されこれを照光するとともに、第2のターンテーブルによって第2のフィルタ群を設けて第2のフィルタを光路から取り出して撮像ビームを直接通過させ、網膜に対する赤外光撮像を実現する。
【０１３７】
被験者へインドレニングリーン染料を手動で注入した後に、半導体レーザ発振器をオンにし、第1のターンテーブルによって第1のフィルタ群を設け、その中から波長が795nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタを選択し、このビームは前記光学ユニットを経て網膜に伝播されこれを照光して眼底のインドレニングリーン染料を励起するとともに、第2のターンテーブルによって第2のフィルタ群を設けて波長が810nmである蛍光をフィルタリング可能な第2のフィルタを選択して、インドレニングリーンを造影撮像する。
【０１３８】
半導体レーザ発振器をオンにして、第1のターンテーブルによって第1のフィルタ群を設けて、その中から波長が830nmであるレーザをフィルタリング可能な第1のフィルタを選択し、このビームは前記光学ユニットを経て眼底に伝播されこれを照光するとともに、第2のターンテーブルによって第2のフィルタ群を設けて第2のフィルタを光路から取り出して撮像ビームを直接通過させ、網膜に対する赤外光撮像を実現する。
【０１３９】
本発明の具体的な操作過程は図５に示すとおりである。
【０１４０】
起動し、システムのハードウェアをチェックして、被験者は相応の準備を行う。蛍光撮像を実行する必要がある場合は、手動で蛍光色素を注入する必要がある。
【０１４１】
S1、被験者のヘッドをブラケットに置き、リング光源720を点灯し、ブラケットの位置を調節してリング光源720が発した光に人眼11の角膜を照光させる。
【０１４２】
S2、人眼11の角膜から反射された光は光路に沿って伝播合焦して面アレイ光プローブ740に入り、人眼11の瞳孔に対するリアルタイムモニタリングを実現する。瞳孔が撮像画角の中間に位置する場合、人眼が既に光路の中心位置に調節されていることを意味する。
【０１４３】
S3、点光源110をオンにして、走査ガルバノミラー410を起動し、関数生成カード410a、画像キャプチャボード850aとマスターコンピュータ900からなる制御プロセッサを起動し、人眼11の屈折異常のデフォーカス量については、フラットフィールド対物レンズ600が第2のガイドレールに従ってデフォーカス補償量を生成して、人眼のデフォーカス量を補償する。
【０１４４】
S4、設定された第1のフィルタと第2のフィルタの組み合わせを撮像機能に基づいてを選択でき、被験者の目の安定をしっかり保ち、データ収集プログラムをオンにしてビデオを採集する。
【０１４５】
S5、撮像の必要のある網膜領域に基づいて、プロセッサを制御することで発光アレイ510上の対応するLEDを点灯して、網膜のこの領域が照光されるようにガイドする。
【０１４６】
S6、走査対物レンズ430に第1のガイドレールに従ってデフォーカスを生じさせ、網膜の深さの異なる層を照光させ、網膜の深さの異なる層の三次元画像を得る。
【０１４７】
上記実施の形態は、本発明の原理を説明するために採用された例示的な実施の形態にすぎず、本発明はそれらに限定されないことが理解されよう。当業者であれば、本発明の精神および実質を逸脱しない場合、様々な変形および改善を加えることができ、これら変形および改善も本発明の範囲内にあると看做す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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