眼底摄影装置的制作方法

1.本发明涉及一种眼底摄影装置。


背景技术：

2.已知一种扫描型激光检眼镜(slo)，该扫描型激光检眼镜高速地扫描光线以照射被检者的视网膜，并且通过使用光检测器检测来自视网膜的反射光来获取眼底图像。以往，在光线的扫描中使用多面反射镜和电流镜(galvano-mirror)的组合。另外，为了小型化和低成本化，提出了使用2轴驱动而对光线进行二维扫描的mems(micro electro mechanical system：微机电系统)来代替多面反射镜和电流镜(galvanomirror)(例如，专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特表2016-510628号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.然而，已知仅将多面反射镜和电流镜直接替换为2轴驱动的mems等的扫描部，难以获取高画质的眼底图像。
8.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够获取高画质的眼底图像的眼底摄影装置。
9.用于解决课题的手段
10.本发明的眼底摄影装置具备：光源；扫描部，其通过在水平方向和垂直方向上2轴驱动反射镜，对从所述光源射出的光线进行二维扫描；光学系统，其使被所述扫描部的所述反射镜反射的所述光线入射到被检者的眼睛；以及光检测器，其检测被所述被检者的视网膜反射的所述光线，所述扫描部的所述反射镜的外径为1.7mm以上且2.0mm以下。
11.在上述结构中，能够设为如下结构：所述光学系统的光学倍率为0.8倍以上且1.2倍以下。
12.在上述结构中，能够设为如下结构：所述扫描部的水平方向的谐振频率为6khz以上且12khz以下。
13.在上述结构中，能够设为如下结构：所述扫描部的水平方向和垂直方向中的至少一方的机械偏转角为半角13度以上且16度以下。
14.在上述结构中，能够设为如下结构：所述扫描部是mems。
15.在上述结构中，能够设为如下结构：所述扫描部是mems，所述光学系统的光学倍率是0.8倍以上且1.2倍以下，所述扫描部的水平方向的谐振频率是6khz以上且12khz以下，所述扫描部的水平方向和垂直方向的至少一方的机械偏转角为半角13度以上且16度以下。
16.在上述结构中，能够设为如下结构：所述光学系统包含光学元件，所述光学元件将光轴相互扩散且各光线为扩散光的所入射的光线转换为光轴相互会聚且各光线为大致平
行光的光线，被所述扫描部的所述反射镜反射的所述光线在所述扫描部与所述光学元件之间聚光之后成为扩散光而入射到所述光学元件，并通过所述光学元件被转换为大致平行光而入射到所述被检者的眼睛。
17.在上述结构中，能够设为如下结构：所述光学系统包含：第一光学元件，其将光轴相互扩散且各光线为大致平行光的所入射的光线转换为光轴大致平行且各光线为会聚光的光线；以及第二光学元件，其将从所述第一光学元件射出的光线转换为光轴相互会聚且各光线为大致平行光的光线，被所述扫描部的所述反射镜反射的所述光线以大致平行光入射到所述第一光学元件，在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间聚光之后成为扩散光而入射到所述第二光学元件，并通过所述第二光学元件被转换为大致平行光而入射到所述被检者的眼睛。
18.在上述结构中，能够设为如下结构：具备：信号处理部，其对来自所述光检测器的输出信号进行处理；以及图像生成部，其基于由所述信号处理部处理后的信号，生成所述被检者的眼底图像。
19.发明效果
20.根据本发明，能够获取具有高画质的眼底图像。
附图说明
21.图1是实施例1的眼底摄影装置的框图。
22.图2是示出实施例1的眼底摄影装置的光学系统的图。
23.图3是说明光线的扫描的图。
24.图4(a)是扫描部的立体图，图4(b)是将反射镜附近放大的立体图。
25.图5是示出比较例的眼底摄影装置的光学系统的图。
26.图6是示出角膜入射时的光线的直径与视网膜上的光线的直径之间的关系的图。
27.图7是示出扫描部的反射镜的外径与扫描部的水平谐振频率之间的关系的图。
28.图8(a)至图8(d)是表示关于扫描部的反射镜的变形的模拟结果的图。
29.图9是示出实施例2的眼底摄影装置的光学系统的图。
30.图10是示出实施例3的眼底摄影装置的光学系统的图。
具体实施方式
31.以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
32.实施例1
33.图1是实施例1的眼底摄影装置的框图。参照图1，眼底摄影装置100具备投影部10、控制部30、光检测器40以及显示部50。投影部10具备光源11、调整机构12、扫描部13、光学系统14以及驱动电路15。控制部30具备驱动控制部31、信号处理部32以及图像生成部33。
34.驱动控制部31生成用于控制向被检者的视网膜照射的光线的控制信号。驱动电路15基于驱动控制部31的控制信号而驱动光源11和扫描部13。
35.光源11射出例如785nm～1.4μm程度的波长的红外激光的不可见光线。光源11也可以射出例如红色激光(波长：610nm～660nm程度)、绿色激光(波长：515nm～540nm程度)和/或蓝色激光(波长：440nm～480nm程度)的可见光线。
36.调整机构12具有准直透镜、复曲面透镜和/或光圈(aperture)等，对光源11射出的光线60进行成型。光线60例如是红外激光、红色激光、绿色激光或蓝色激光。
37.扫描部13是通过2轴摆动驱动反射镜而对光线60进行二维扫描的扫描仪。光线60通过扫描部13在水平方向(主扫描方向)和垂直方向(副扫描方向)上被扫描。扫描部13例如是mems(micro electro mechanical system：微机电系统)。
38.光学系统14将通过被扫描部13的反射镜反射而被扫描的光线60照射到被检者的眼睛70。
39.光检测器40例如是雪崩光电二极管等光检测器，检测被被检者的眼睛70的视网膜反射并经由了光学系统14、扫描部13以及调整机构12的反射光61。光检测器40基于来自驱动电路15的同步信号，在光源11射出光线60的时刻开始进行检测。
40.信号处理部32基于来自驱动控制部31的控制信号，对光检测器40的输出信号进行处理。信号处理部32基于来自驱动电路15的同步信号，在光源11射出光线60的时刻开始进行处理。
41.图像生成单元33基于由信号处理单元32处理的信号生成眼底图像。显示部50例如是液晶显示器，显示图像生成部33生成的眼底图像。
42.驱动控制部31、信号处理部32以及图像生成部33例如也可以由cpu(central processing unit：中央处理单元)等处理器与程序协作来进行处理。驱动控制部31、信号处理部32以及图像生成部33也可以是专门设计的电路。驱动控制部31、信号处理部32以及图像生成部33可以是1个电路，也可以是不同的电路。
43.图2是示出实施例1的眼底摄影装置的光学系统的图。参照图2，光源11射出的光线60在通过准直透镜20从扩散光转换为大致平行光之后，透过半透半反镜21、屈光度调整透镜22以及屈光度调整透镜23而入射到反射镜24。光线60成为会聚光而入射到反射镜24。光线60被反射镜24反射而入射到扫描部13，并被扫描部13反射，从而被二维扫描。
44.通过被扫描部13反射而进行了二维扫描的光线60透过投影用透镜25而入射到被检者的眼睛70。被扫描部13扫描的光线60的光轴相互扩散且各光线60到焦点62为止为会聚光。各光线60以扩散光入射到投影用透镜25。投影用透镜25将被扫描部13向不同的方向反射而光轴相互扩散的光线60转换为光轴相互会聚的光线60，并且将各光线60从扩散光转换为大致平行光，使其入射到被检者的眼睛70。光线60通过瞳孔71在晶状体72内或晶状体72附近会聚，通过玻璃体73，大致在视网膜74上对焦。即，光线60利用麦克斯韦视觉照射到被检者的视网膜74。所谓大致平行，只要以光线60在视网膜74中能够大致对焦的程度大致平行即可(以下相同)。投影用透镜25是凸透镜，光学倍率为0.8倍以上1.2倍以下，对此在后面叙述。光学倍率是以投影用透镜25与扫描部13的反射镜之间的距离相对于投影用透镜25与被检者的晶状体72或晶状体72附近的光线60的会聚位置之间的距离之比等表示的值。
45.光线60被被检者的视网膜74反射。被视网膜74反射的反射光61按照投影用透镜25、扫描部13、反射镜24、屈光度调整透镜23、屈光度调整透镜22的顺序，在光线60朝向视网膜74行进的光路中返回，被半透半反镜21反射并通过聚光透镜26而入射到光检测器40。光检测器40检测被视网膜74反射的反射光61。图像生成部33基于信号处理部32对光检测器40的反射光61的亮度变化等的检测结果进行处理后的信号，生成眼底图像。
46.准直透镜20、屈光度调整透镜22以及屈光度调整透镜23相当于图1中的调整机构
12。投影用透镜25相当于图1中的光学系统14。
47.图3是说明光线的扫描的图。参照图3，扫描部13如箭头65那样从左上到右下对光线60进行光栅扫描。在光栅扫描中，水平方向是主扫描方向，垂直方向是副扫描方向。例如扫描线数为640条。如果即使扫描部13的反射镜被2轴摆动驱动，光源11也不射出光线60，则光线60不会照射到视网膜74。例如，在图3的虚线的箭头65处不射出光线60。驱动电路15使来自光源11的光线60的射出与扫描部13的2轴摆动驱动同步。由此，光源11在实线的箭头65处射出光线60。
48.图4(a)是扫描部的立体图，图4(b)是放大了扫描部的反射镜附近的立体图。参照图4(a)及图4(b)，扫描部13例如是mems，具备外侧框架80、悬架81、内侧框架82、压电部83以及反射镜84。内侧框架82经由悬架81固定于外侧框架80。压电部83例如形成为pzt膜等压电膜被上下电极夹着的构造，通过以90度间隔配置的4个第一扭杆85固定于内侧框架82。反射镜84通过以180度间隔配置的2个第二扭杆86固定于压电部83。
49.扫描部13将通过对压电部83施加电压而产生的翘曲的动作通过第二扭杆86传递给反射镜84，从而2轴摆动驱动反射镜84。由此，光线60入射到反射镜84，从而光线60在二维方向上被扫描。此外，在图4(a)以及图4(b)中，以压电式的mems为例进行了表示，但扫描部13既可以是静电电容式的mems的情况，也可以是其他的情况。
50.反射镜84的外周区域由于制造上的理由而产生弯曲(塌边)。因此，若在包含反射镜84的外周区域的整个区域反射光线60，则难以仅向所希望的方向反射光线60。因此，为了良好地反射光线60，在比反射镜84的产生弯曲的外周区域靠内侧的区域反射光线60。即，反射镜84中的除了产生弯曲的外周区域以外的区域成为能够良好地反射光线60的有效区域。因此，作为反射镜84的有效区域的长度的有效直径成为从反射镜84的长度减去产生弯曲的外周区域的长度而得到的大小。例如，在反射镜84为圆形且在距反射镜84的端部0.1mm的范围内产生弯曲的情况下，反射镜84的有效直径成为从作为反射镜84的外径的直径减去0.2mm而得到的大小。另外，在反射镜84为椭圆形的情况下，反射镜84的有效直径成为从作为外径的短径减去产生弯曲的外周区域的长度而得到的大小。反射镜84的外径为1.7mm以上且2.0mm以下，有效直径为1.5mm以上且1.8mm以下的大小，对此在后面叙述。
51.图5是示出比较例的眼底摄影装置的光学系统的图。参照图5，在比较例的眼底摄影装置500中，使用多面反射镜513a和电流镜513b的组合，对光线60进行二维扫描。多面反射镜513a例如在水平方向(主扫描方向)上扫描光线60，电流镜513b例如在垂直方向(副扫描方向)上扫描光线60。在眼底摄影装置500中，投影用透镜525的光学倍率为2.5倍。光学倍率是以投影用透镜525与多面反射镜513a和电流镜513b之间的距离相对于投影用透镜525与被检者的晶状体72或晶状体72附近的光线60的会聚位置之间的距离之比等表示的值。其它结构与实施例1的眼底摄影装置100的结构相同，因此省略说明。
52.在比较例的眼底摄影装置500中，投影用透镜525的光学倍率为2.5倍是基于以下理由。在对视网膜74照射光线60来获取眼底图像的情况下，为了发现周边疾患部，要求成为全角为60度以上的视场角。即，要求光线60在眼睛70内的会聚点会聚的角度θ为60度以上。然而，在使用多面反射镜513a和电流镜513b的情况下，特别是电流镜513b难以以较大的角度扫描光线60。因此，在使用了多面反射镜513a和电流镜513b的比较例的眼底摄影装置500中，投影用透镜525的光学倍率为2.5倍，使得眼底图像获取时的视场角为60度左右。
53.使用了多面反射镜513a和电流镜513b的眼底摄影装置500大型且昂贵。因此，考虑了使用2轴摆动驱动而对光线60进行二维扫描的扫描部13来代替多面反射镜513a和电流镜513b，但是发明人发现，仅通过在多面反射镜513a和电流镜513b的位置直接配置扫描部13，难以得到高画质的眼底图像。以下对此进行说明。
54.在眼底摄影装置中，为了确保视网膜上的分辨率和眼底图像的sn比，需要在相当于视场角45度(全角)的视网膜上的整个宽度约11mm的范围内不发生干涉地照射450条左右的光束60。即，要求将视网膜74上的光线60的光斑直径(直径)设为25μm以下。图6是示出角膜入射时的光线的直径与视网膜上的光线的直径之间的关系的图。参照图6，角膜入射时的光线60的直径越大，则视网膜74上的光线60的直径越小。可知通过使角膜入射时的光线60的直径为1.25mm以上，能够使视网膜74上的光线60的直径(光斑直径)为25μm以下。角膜入射时的光线60的直径越大，则视网膜74上的光线60的直径越小，这是因为在角膜的视网膜侧具有晶状体72，该角膜和晶状体72作为凸透镜，具有正的聚光能力所具有的光学特性。这是因为，若入射到此处的光线60的直径较大，则聚光能力变大，视网膜74上的光斑直径变小，相反，若入射的光线60的直径较小，则聚光能力变小，难以聚光，视网膜74上的光斑直径无法完全变小。
55.在比较例的眼底摄影装置500中，投影用透镜525的光学倍率为2.5倍，因此在多面反射镜513a以及电流镜513b的位置直接配置扫描部13的情况下，为了使角膜入射时的光线60的直径为1.25mm以上，需要使扫描部13的反射镜84的有效直径为3.2mm以上。然而，将扫描部13的反射镜84的有效直径设为3.2mm以上是不现实的。这是由于以下的理由。
56.图7是表示扫描部的反射镜的外径与扫描部的水平谐振频率之间的关系的图。参照图7，扫描部13的反射镜84的外径越大，则扫描部13的水平谐振频率越低。这是因为扫描部13的反射镜84的外径越大，则惯性越大，反射镜84的变形越大，因此无法提高水平谐振频率。在反射镜84的外径与有效直径之间的差异为0.2mm的情况下，在反射镜84的外径为1.6mm时，能够使水平谐振频率为12khz左右，在1.7mm时，能够使水平谐振频率为10khz左右，在1.8mm时，能够使水平谐振频率为9khz左右，在2.0mm时，能够使水平谐振频率为6khz左右。设扫描部13为圆形的mems，在此将反射镜84的外径与有效直径之间的差异的值设为0.2mm，但根据mems的特性等，有时该值不同。
57.在通过光栅扫描向视网膜74照射光线60来获取眼底图像的情况下，为了得到高画质的眼底图像，要求将扫描线数设为640条以上，将帧率设为15fps以上。为了在扫描线数为640条的光栅扫描中将帧率设为15fps，需要将扫描部13的水平谐振频率设为6khz以上。根据图7，为了使扫描部13的水平谐振频率为6khz以上，需要使扫描部13的反射镜84的外径为2.0mm以下(作为反射镜84的有效直径为1.8mm以下)。因此，为了获得眼底摄影装置所需的谐振频率，将扫描部13的反射镜84的有效直径设置为3.2mm以上是不现实的。
58.对扫描部13的反射镜84的外径为1.6mm、机械偏转角为半角14.6度、水平谐振频率为12khz的情况下的扫描部13的反射镜84的变形进行了模拟。图8(a)至图8(d)是表示关于扫描部的反射镜的变形的模拟结果的图。图8(a)是从上面观察反射镜84的情况下的图，图8(b)是从正面观察反射镜84的情况下的图，图8(c)是从斜向观察反射镜84的情况下的图。图8(d)是表示图8(a)的a-a间的变形的图表。在图8(a)至图8(c)中，用粗的阴影线表示变形量小的部位，用密集的阴影线表示向正方向以及负方向的变形量大的部位。
59.如图8(a)至图8(d)所示，在反射镜84的外径为1.6mm、机械偏转角为14.6度、水平谐振频率为12khz的情况下，在反射镜84中产生高阶的变形模式，最大变形量为
±
100nm左右。认为这样的高阶的变形模式是反射镜84的外径越大，则越大。因此，若将反射镜84的有效直径设为3.2mm以上，则认为由于在反射镜84产生的高阶的变形模式而给光学性能带来障碍，将反射镜84的有效直径设为3.2mm以上是不现实的。另外，若将反射镜84的有效直径设为3.2mm以上，则考虑到由于空气阻力增大而无法得到大的偏转角，因此在这一点上，将反射镜84的有效直径设为3.2mm以上也是不现实的。
60.如实施例1的眼底摄影装置100那样，在使用进行2轴摆动驱动而对光线60进行二维扫描的扫描部13的情况下，与使用多面反射镜513a和电流镜513b的情况相比，能够增大光线60的扫描角度θ1(参照图2)。在这种情况下，即使在投影用透镜25的光学倍率为0.8倍以上且1.2倍以下的情况下，光线60在眼睛70内的会聚点处的会聚角度θ2(参照图2)也变大，从而能够实现获取眼底图像时的视场角为60度左右。在该情况下，通过使扫描部13的反射镜84的有效直径为1.5mm以上(外径为1.7mm以上)，能够使视网膜74上的光线60的光斑直径为25μm以下。
61.根据实施例1，扫描部13的反射镜84的外径为1.7mm以上且2.0mm以下。通过使反射镜84的外径为1.7mm以上(有效直径例如为1.5mm以上)，能够使视网膜74上的光线60的光斑直径为25μm以下，能够确保视网膜74上的分辨率和眼底图像的sn比。通过将反射镜84的外径设为2.0mm以下(有效直径例如为1.8mm以下)，能够进行扫描线数为640条以上且帧率为15fps以上的光栅扫描。因此，可以获得高画质的眼底图像。另外，由于角膜入射时的光线60的直径为2.5mm以下，人的瞳孔直径一般为大致2mm至8mm程度，因此即使是无散瞳也几乎不会被虹膜遮挡，能够得到眼底图像。反射镜84的外径可以为1.8mm以上且2.0mm以下，也可以为1.7mm以上且1.9mm以下，还可以为1.8mm以上且1.9mm以下。即，反射镜84的有效直径既可以是1.6mm以上1.8mm以下的情况，也可以是1.5mm以上1.7mm以下的情况，还可以是1.6mm以上1.7mm以下的情况。
62.由于扫描部13可以增大扫描角度θ1，因此即使投影用透镜25(光学系统)的光学倍率为0.8倍以上且1.2倍以下，也可以实现获取眼底图像时的视场角为60度左右。在该情况下，通过使扫描部13的反射镜84的外径为1.7mm以上(有效直径例如为1.5mm以上)，能够使视网膜74上的光线60的光斑直径为25μm以下。投影用透镜25(光学系统)的光学倍率可以是0.8倍以上1.1倍以下的情况，也可以是0.9倍以上1.2倍以下的情况，也可以是0.9倍以上1.1倍以下的情况，还可以是1.0倍的情况。
63.在将由扫描部13进行了二维扫描的光线60照射到视网膜74而获取眼底图像的情况下，为了得到高画质的眼底图像，扫描部13的反射镜84的水平方向的谐振频率(主扫描方向的谐振频率)优选为6khz以上，更优选为7khz以上，进一步优选为8khz以上。为了避免在反射镜84产生的高阶的变形模式变大而给光学性能带来障碍，扫描部13的反射镜84的水平方向的谐振频率优选为12khz以下，更优选为10khz以下，进一步优选为9khz以下。
64.为了实现获取眼底图像时的视场角为60度左右，扫描部13的反射镜84的水平方向和垂直方向中的至少一方、优选两个方向的机械偏转角优选为半角13度以上，更优选为13.5度以上，进一步优选为14度以上。若考虑空气阻力以及反射镜84的变形等，则扫描部13的反射镜84的水平方向和垂直方向中的至少一方、优选双方的机械偏转角优选为半角16度
以下，更优选为15.5度以下，进一步优选为15度以下。
65.投影用透镜25(光学元件)将被扫描部13向不同的方向反射而光轴相互扩散的光线60转换为光轴相互会聚的光线60，并且将各光线60从扩散光转换为大致平行光。光线60在扫描部13与投影用透镜25之间聚光后成为扩散光而入射到投影用透镜25，通过投影用透镜25转换为大致平行光而入射到被检者的眼睛70。在光学系统14由这样的投影用透镜25构成的情况下，可以使眼底摄影装置100小型化。
66.实施例2
67.图9是示出实施例2的眼底摄影装置的光学系统的图。参照图9，在实施例2的眼底摄影装置200中，将被扫描部13反射的光线60向被检者的眼睛70照射的光学系统14包括投影用透镜27a(第一光学元件)和投影用透镜27b(第二光学元件)。投影用透镜27a将被扫描部13向不同的方向反射而光轴相互扩散的光线60转换为光轴大致平行的光线60，并且将各光线60从大致平行光转换为会聚光。投影用透镜27b将从投影用透镜27a射出的光线60转换为光轴相互会聚的光线60，并且将各光线60从扩散光转换为大致平行光。光线60以大致平行光入射到投影用透镜27a并在投影用透镜27a与投影用透镜27b之间聚光后成为扩散光而入射到投影用透镜27b，通过投影用透镜27b转换为大致平行光而入射到被检者的眼睛70。其它结构与实施例1的眼底摄影装置100的结构相同，因此省略说明。
68.如实施例2的眼底摄影装置200那样，在光学系统14包括投影用透镜27a(第一光学元件)和投影用透镜27b(第二光学元件)的情况下，可以容易地实现光学系统14的光学倍率为0.8倍以上且1.2倍以下。
69.实施例3
70.图10是示出实施例3的眼底摄影装置的光学系统的图。参照图10，在实施例3的眼底摄影装置300中，在将被扫描部13反射的光线60向被检者的眼睛70照射的光学系统14中，除了投影用透镜525之外，在扫描部13与投影用透镜525之间还包括转换器透镜28，使用作为mems的扫描部13来代替图5中的多面反射镜513a和电流镜513b。其它结构与比较例的眼底摄影装置500相同，因此省略说明。
71.在实施例3的结构中，通过在扫描部13与投影用透镜525之间设置转换器透镜28，即使在将多面反射镜513a和电流镜513b置换为作为mems的扫描部13的情况下，也能够不置换投影用透镜525而构成眼底摄影装置。投影用透镜525是在图5的比较例中使用的投影用透镜，在基于多面反射镜和电流镜的扫描中使用。
72.在实施例1至实施例3中，作为进行2轴驱动而对光线60进行二维扫描的扫描部13，例示了mems的情况，但扫描部13也可以是mems以外的情况。
73.以上，对本发明的实施例进行了详述，但本发明并不限定于该特定的实施例，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。