眼底摄像设备、眼底摄像设备的控制方法和存储介质的制作方法
【专利摘要】一种眼底摄像设备，包括：位置检测部件，用于检测被检眼的瞳孔的位置；波前检测部件，用于检测来自经由照明光学系统利用光所照射的所述被检眼的返回光的波前；校正部件，用于基于检测到的波前来校正像差；以及确定部件，用于基于检测到的位置来确定所述校正部件的校正有效区域。
【专利说明】眼底摄像设备、眼底摄像设备的控制方法和存储介质
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种眼底摄像设备、眼底摄像设备的控制方法和存储介质，尤其涉及具有自适应光学功能的眼底摄像设备、眼底摄像设备的控制方法和存储介质。
【背景技术】[0002]作为被设计成观察并拍摄被检眼的视网膜的正面二维图像和断层图像的眼底摄像设备，眼底照相机、扫描激光检眼镜(SLO)和光学相干断层成像仪(OCT)等是众所周知的并且早已投入实际使用。
[0003]这些设备被设计成通过利用照明光照射作为摄像对象的视网膜并使来自该视网膜的返回光在光接收元件上形成图像来获得视网膜图像、或者通过与参考光发生干涉来获得断层图像。作为该照明光，经常使用没有被被检眼内的透光性活体组织(例如，角膜、晶状体或玻璃体)大量吸收或散射的具有近红外波长的光。
[0004]所获得的图像在视网膜的面方向(横方向)上的空间分辨率(以下称为“横向分辨率”)基本由在视网膜上扫描的光束光斑的直径(或光学系统的开口数值)来确定。为了缩小聚光在视网膜上的光束光斑的直径，使入射到被检眼的照明光的光束直径(或光学系统的开口数值)增大。
[0005]主要负责使光折射的被检眼的角膜和晶状体在曲面形状或折射率的均匀性方面不完美。这导致在透过这些器官的光的波前上产生高阶像差。由于该原因，即使使光束直径大的照明光入射到视网膜，也无法使视网膜上的光斑聚光成期望直径。相反，该光束有时发散。
[0006]结果，所获得的图像的横向分辨率下降，并且利用共焦光学系统所获得的图像信号的S/N比也下降。因此，传统上通常使耐受诸如被检眼的角膜等的光学系统的像差的影响的大小约为1mm的细光束入射到视网膜以在视网膜上形成大小约为20 μ m的光斑。
[0007]为了解决该问题，还将自适应光学技术引入眼底摄像设备。该技术被配置为顺次测量由于诸如眼睛等的测量对象自身的特性或测量环境的变化所引起的来自该测量对象的返回光的波前像差，并且通过使用诸如可变形镜或空间光调制器等的主动型像差校正装置来校正该像差。报告了以下:通过使用该技术使大小约为7mm的粗光束入射到被检眼，这可以通过波前补偿使该光束在视网膜上聚光成衍射极限附近的约3mm的光斑直径，由此获得高分辨率的SLO或OCT图像(参见Zawadzki等人,“Ultrahigh-resolutionoptical coherence tomography with monochromatic and chromatic aberrationcorrection” OPTICS EXPRESS/Vo1.16，N0.11/2008)。
[0008]在使用自适应光学的眼底摄像设备中难以获得稳定图像的一个主要原因是被检眼的瞳孔(虹膜)的位置改变。这是由于被检者的头部前后左右移动、并且尽管尝试通过使被检者观察固视灯来使视线固定但眼球仍不可避免地以各种方式转动所引起的。
[0009]使用固定板(bite bar)可以抑制头部的位置的变化，但将会对被检者施加负担。由于该原因，固定板的使用有时并不是有利的。此外，稳定且连续观看固视灯的能力针对不同个体而改变。
[0010]第一个问题如下:在头部的位置、即被检眼的瞳孔的位置在与目镜光学系统的光轴垂直的方向上改变的情况下，来自视网膜的返回光(反射/背向散射光)在配置于与瞳孔光学共轭的位置处的像差校正装置上也偏移。此时，在以开环方式进行波前反馈校正的情况下，由于相对于形成在像差校正装置上的像差校正值、返回光以偏移状态入射到该像差校正装置，因此像差校正残差增大，这导致例如明度或分辨率下降的图像质量劣化。
[0011]像差校正值的生成通常通过具有诸如泽尼克(Zernike)多项式等的正交性的函数系的相加来表示。同样在闭环的实时像差校正系统中，除非使用高达高阶函数的函数，否则表示该偏移成分将导致曲面的再现性劣化。为了缩短计算时间而对阶数进行限制，这使得无法进行理想的像差校正。这成为上述的图像质量劣化的原因。
[0012]第二，图像获得所用的照明光发生渐晕(受到限制)。在例如要在视网膜上形成大小为3μπι的光斑的情况下，需要使直径约为7mm的照明光入射到瞳孔。然而，通常虹膜的直径即使在完全打开的情况下也约为8mm。
[0013]假定在这种情况下，头部随着时间的经过移动了 Imm~2mm。在这种情况下，即使适当地进行像差校正，视网膜上的光斑直径也增大为4~5μπι而导致分辨率下降。另外，到达视网膜的照明光量由于渐晕而丢失了 10%~20%。结果，图像的明度也下降。
[0014]第三，尽管被检眼的瞳孔、像差校正装置和波前检测器配置在与远焦光学系统光学共轭的位置处，但如果返回光(甚至一部分)落在光学系统的有效直径外，则各位置处的波前的一致性劣化。结果，像差校正的反馈精度劣化。这导致收敛或者代替收敛的发散所用的时间增加。
[0015]对于第一个问题，日本专利04510534提出了以下解决方案。该技术提供了被配置为观察包括瞳孔的前眼部的单元，以实时地测量瞳孔的位置变化量，并且通过根据所计算出的值跟随安装在机械台上的像差校正装置的位置来使校正有效区域的位置与来自视网膜的返回光的位置始终一致。
[0016]然而，该结构可以解决第一个问题但无法解决第二个问题。没有提及第三个问题。另外，由于像差校正装置的体积通常约为几cm3~10cm3，因此要使用的机械台的大小不可避免地变大，这导致系统大型化并且其成本上升。此外，该台的振动可能会影响图像质量。
【发明内容】
[0017]考虑到以上问题，本发明提供根据被检眼的位置偏移来进行像差校正的技术。
[0018]根据本发明的一个方面，提供一种眼底摄像设备，包括:位置检测部件，用于检测被检眼的瞳孔的位置；波前检测部件，用于检测来自经由照明光学系统利用光所照射的所述被检眼的返回光的波前；校正部件，用于基于检测到的波前来校正像差；以及确定部件，用于基于检测到的位置来确定所述校正部件的校正有效区域。
[0019]根据本发明的一个方面，提供一种眼底摄像设备的控制方法，包括以下步骤:位置检测步骤，用于检测被检眼的瞳孔的位置；波前检测步骤，用于检测来自经由照明光学系统利用光所照射的所述被检眼的返回光的波前；控制步骤，用于基于检测到的波前来对校正像差的校正部件进行控制；以及确定步骤，用于基于检测到的位置来确定所述校正部件的校正有效区域。[0020]通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示出根据本发明的第一实施例的SLO的结构的图；
[0022]图2是示出被检眼的瞳孔和照明光之间的位置关系的图；
[0023]图3是示出照明光和来自被检眼的返回光之间的位置关系的图；
[0024]图4是示出像差校正装置上的照明光和返回光之间的位置关系的图；
[0025]图5是示出波前检测器上的返回光的位置的图；
[0026]图6A和6B是根据本发明的第一实施例的概念图；
[0027]图7是示出根据本发明的第二实施例的SLO的结构的图；
[0028]图8是示出根据本发明的第三实施例的自适应光学单元的结构的图；
[0029]图9是根据本发明的第三实施例的像差校正装置的概念图；以及
[0030]图10是示出与瞳孔直径有关的统计数据的图。
【具体实施方式】
[0031]现在将参考附图来详细说明本发明的典型实施例。应当注意，除非另外特别说明，在这些实施例中陈述的组件的相对布置、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
[0032]第一实施例
[0033]首先将参考图1来说明根据本发明的第一实施例的扫描激光检眼镜(SLO)的结构。在SL0100中，首先，来自图像获得所用的激光光源6的光在单模光线60内传播并且作为照明光90从光线端射出。准直透镜71将射出的照明光90转换成平行光(虚线表示照明光90的边缘光线和光学系统的有效直径范围)。
[0034]转换成平行光的照明光90透过半透半反镜76，被第一分色镜77反射，并且经由第一远焦光学系统73被像差校正装置2反射。然后该光经由第二远焦光学系统74入射到扫描器镜5。目镜光学系统75使被扫描器镜5反射的照明光90入射到(由虚线表不的)被检眼11，并且使该光聚光到视网膜111上。
[0035]在这种情况下，将目镜光学系统的出射光瞳9和照明光90的光束直径(强度为中心强度的1/e2 (e是自然对数的底数)的区域的直径)设置为大于被检眼11的瞳孔的直径(瞳孔直径)。因此，将第一远焦光学系统73和第二远焦光学系统74、准直透镜71和成像透镜72的有效直径设置为大于被检眼11的瞳孔的直径(瞳孔直径)。尽管瞳孔直径针对各个体而改变，但根据图10所示的调查示例(参见Seiichi Mishima等人主编的“EyeDevelopment and Aging”, Ophthalmology MOOK N0.38, Kanehara C0., Ltd., 1989)，在没有使用任何散瞳剂的情况下最大瞳孔直径约为8mm。因此，将出射光瞳9的值设置为至少大于该值。在这种情况下，考虑到散瞳剂的使用和被检眼11的瞳孔的可能偏移量来将直径设置为 12mm。
[0036]在这种情况下，被检眼11是在光学系统的光轴10 (点划线)与瞳孔的中心一致的情况下的被检眼。来自被检眼11的视网膜111的返回光91沿着照明光90的光路逆向传播并且被半透半反镜76反射。然后，该光被成像透镜72聚光，穿过针孔41，并且被光电检测器4检测到。在这种情况下，由虚线来表示返回光91的边缘光线。驱动器50驱动扫描器镜5以在二维方向上扫描照明光90。然后，个人计算机8通过同步地捕获来自光电检测器4的电信号来获得视网膜图像(眼底图像)。
[0037]从光源62产生的波前检测光63 (双点划线)被第二分色镜78反射并且入射到被检眼11。第二分色镜78相对于光源6的波长的透过率为接近100%并且相对于光源62的波长的透过率为50%。波前检测光63的光束直径为1mm，因而几乎不会受到被检眼的像差影响。因此，可以在视网膜111上稳定地形成约为20 μ m的光斑直径。
[0038]波前检测光63的来自视网膜111的返回光包含大量散射(扩散)光并且存在扩展，因而如照明光90的返回光91那样从被检眼11的瞳孔作为直径与瞳孔的直径相同的光束射出。该光透过第二分色镜78，并且经由光学系统75和73透过第一分色镜77。该光的波前被波前检测器3的检测区域检测到。像差校正装置2通过使用此时所检测到并且计算出的数据来校正返回光91的波前像差。注意，可以代替返回光91而对照明光90进行像差校正或者可以对这两者进行像差校正。可选地，该设备可被配置为在无需设置生成波前检测光63的光源62的情况下，通过使用图像获得所用的照明光90来检测波前。
[0039]以上结构使图像获得所用的照明光90在视网膜11上适当地成像并且还使返回光91在针孔41处适当地成像，因而可以降低被检眼11的像差的影响并且可以稳定地获得明亮的高分辨率图像。
[0040]在这种情况下，使用可变形镜作为像差校正装置2，并且使用哈特曼-夏克检测器(HS传感器)作为波前检测器3。这些检测器的有效直径(驱动区域)分别为12mm和6_。将相对于光学系统的出射光瞳9的这些位置处的倍率分别设置为(62=12/12=1.0和β 3=6/12=0.5。在视网膜111的瞳孔直径为6mm的情况下，出射光瞳9的位置处的返回光的直径也为6mm。因此，像差校正装置2 (可变形镜2)和波前检测器3 (HS传感器3)处的返回光91的直径分别为6mm和3mm。
[0041]HS传感器3通过使用配置成二维矩阵的各微透镜来根据形成在二维摄像元件上的各点图像的移位来计算光的波前。在二维摄像元件上的与瞳孔相对应的3_的直径范围内观察这些点图像(HS图像)的集合。
[0042]假定被检眼11在与光轴(z方向)垂直的x_y平面内移动并且向着由实线表示的被检眼12的位置移动。假定此时照明光90的光束直径等于或小于被检眼12的瞳孔122的直径。在这种情况下，如图2所示，瞳孔122位于在与光学系统的光轴10即照明光90垂直的方向上偏移的位置处，并且照明光90的光束的一部分因瞳孔122而发生渐晕，这导致到达视网膜121的照明光量下降。同时，形成在视网膜上的光斑的直径增大了该光束发生渐晕的量。如图3所示，尽管照明光90的光束发生渐晕，但来自视网膜121的返回光92包含大量散射(扩散光)并且存在扩展，因而从被检眼12的瞳孔122作为直径与瞳孔直径相同的光束射出。然而，由于瞳孔122的位置相对于光轴10偏移，因此在与瞳孔的位置光学共轭的位置处维持了相同的偏移。 图4示出可变形镜2上的照明光90和返回光92之间的位置关系。由虚线表示的照明光90的主光线与光轴10—致。由实线表示的返回光92以偏移状态入射到可变形镜2。
[0043]在这种情况下，如果由虚线表示的校正有效区域21的中心与光轴10—致，则在存在空间偏移的情况下对返回光92的像差进行像差校正，这导致不适当的像差校正。结果，返回光92没有适当地聚光于针孔41，因而视网膜图像的明度或分辨率并未得以改善。该现象适用于瞳孔122与利用可变形镜122给出了像差的逆成分的照明光90之间的位置关系。也就是说，照明光90在视网膜121上没有聚光成期望的光斑直径。
[0044]另外，在光学系统整体的有效直径等于照明光90的直径、并且可变形镜2的校正有效区域21等于光学系统的有效直径的情况下，返回光91通过该光学系统的有效直径的外部。然后，该光入射到可变形镜2上的校正有效区域的外部，这导致不适当的波前校正。另外，由于瞳孔122、可变形镜2和HS传感器3之间的光学共轭关系(瞳孔成像关系)部分劣化，因此各位置处的波前形状彼此不一致。这使得更加难以进行校正。
[0045]因此，本实施例被配置为通过使用HS传感器3来检测被检眼12相对于光学系统的光轴10的偏移量，并且使可变形镜2上的校正有效区域21跟随偏移后的返回光92的位置。在被检眼11相对于光轴10偏移并且位于被检眼12的位置的情况下，如图5所示，还观察到HS传感器3上的HS图像30相对于光轴10偏移。因此计算HS传感器30的中心坐标(x3, y3)从而获得被检眼的瞳孔122的中心位置的坐标作为(xp, yp) = (x3/ β 3，y3/ β 3)。同时，由于还获得可变形镜2上的返回光92的中心坐标作为(x2，y2) = (x3.β 2/β 3，y3.β 2/β 3)，因此可以确定可变形镜2上的校正有效区域21的中心坐标为相同值。可以将与被检眼相对于照明光学系统的光轴的偏移相对应的校正装置的位置确定为几乎是校正有效区域的中心位置。被配置为检测瞳孔122的偏移量的结构在根据本实施例的位置检测处理中使用HS传感器3所获得的HS图像的位置信息。然而，本发明不限于此，并且还可以提供使用照相机来对前眼部摄像的前眼部观察系统，并且根据作为所获得的观察结果的瞳孔图像的位置信息来检测被检眼的位置。
[0046]图6Α和6Β是示出该情况的概念图。仅考虑χ_ζ平面。返回光92的主光线921以相对于光轴(可变形镜2的中心)10偏移了 χ2的状态入射到校正有效区域21。此时，在校正有效区域21中形成HS传感器3所测量到并计算出的校正形状函数22。如图6Α所示，在校正有效区域21的中心保持与光轴10 —致的情况下，该中心与返回光92不一致。在这种情况下，如图6Β所示，校正有效区域21和校正形状函数22的中心偏移了 HS传感器3同时测量到并计算出的x2的值以 使这些中心与返回光92的主光线921的位置一致。参考图1，波前上的实线部分与校正有效区域21相对应。这样可以适当地校正返回光92的像差，而不会使返回光92与校正有效区域21不一致。
[0047]考虑通过使用泽尼克多项式来表示测量到的波前的情况。在使用泽尼克多项式来表示眼睛的像差的情况下，通过项编号、阶数和表达式之间的以下的关系来表示各项。
[0048]
【权利要求】
1.一种眼底摄像设备，包括: 位置检测部件，用于检测被检眼的瞳孔的位置； 波前检测部件，用于检测来自经由照明光学系统利用光所照射的所述被检眼的返回光的波前； 校正部件，用于基于检测到的波前来校正像差；以及 确定部件，用于基于检测到的位置来确定所述校正部件的校正有效区域。
2.根据权利要求1所述的眼底摄像设备，其中，所述校正有效区域是所述校正部件的部分区域，以及 所述校正部件基于所述波前检测部件所获得的检测结果来驱动所述部分区域。
3.根据权利要求1所述的眼底摄像设备，其中，所述确定部件将与所述被检眼相对于所述照明光学系统的光轴的偏移相对应的所述校正部件的位置确定为所述校正有效区域的大致中心位置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的眼底摄像设备，其中，还包括观察部件，所述观察部件用于观察所述被检眼的前眼部， 其中，所述位置检测部件基于所述观察部件所获得的观察结果来检测所述位置。
5.根据权利要求1所述的眼底摄像设备，其中，所述位置检测部件基于施加至所述波前检测部件的检测区域的所述返回光的位置来检测所述位置。
6.根据权利要求1至5中 任一项所述的眼底摄像设备，其中，所述位置检测部件还检测所述被检眼的瞳孔直径。
7.根据权利要求6所述的眼底摄像设备，其中，还包括光强度控制部件，所述光强度控制部件用于基于所述位置检测部件所检测到的所述位置和所述瞳孔直径来控制照明光的光强度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的眼底摄像设备，其中，所设置的校正有效区域的大小是固定的，并且所述眼底摄像设备还包括传播部件，所述传播部件用于使所述校正有效区域外的光传播至所述照明光学系统的有效直径外。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的眼底摄像设备，其中，还包括生成部件，所述生成部件用于生成对所述波前进行检测所用的波前检测光， 其中，所述波前检测部件基于通过利用所述生成部件所生成的所述波前检测光经由所述照明光学系统照射所述被检眼所获得的返回光，来检测所述波前。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的眼底摄像设备，其中，照明光的光束直径大于所述被检眼的瞳孔直径，并且所述波前检测部件的有效直径和所述校正部件的有效直径大于所述照明光的光束直径。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的眼底摄像设备，其中，所述校正部件对经由所述照明光学系统施加至所述被检眼的光或者来自所述被检眼的返回光的像差进行校正。
12.一种眼底摄像设备的控制方法，包括以下步骤: 位置检测步骤，用于检测被检眼的瞳孔的位置； 波前检测步骤，用于检测来自经由照明光学系统利用光所照射的所述被检眼的返回光的波前； 控制步骤，用于基于检测到的波前来对校正像差的校正部件进行控制；以及确定步骤，用于基于检测到的位置来确定所述校正部件的校正有效区域。
13.一种存储有计算机程序的非瞬态计算机可读存储介质，所述计算机程序用于使计算机执行根据权利要求12所述的眼底摄像设备的控制方法中的各步骤。
【文档编号】A61B3/12GK103491858SQ201280020683
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月20日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】齐藤贤一 申请人:佳能株式会社