角膜内皮細胞撮影装置
【課題】 観察や解析に適した良好な内皮画像を取得する。
【解決手段】 照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段と、前記駆動手段の駆動を制御して、角膜上の撮像部位に対して前記装置本体をアライメントした後、前記装置本体を前後方向に移動させ、前記装置本体の移動中に前記照明光源を複数回発光させて，フォーカス位置が異なる複数の撮像画像を前記撮像素子により取得する撮影制御手段と、前記撮像素子により取得された前記複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像に基づいて合成画像を取得する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】 照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段と、前記駆動手段の駆動を制御して、角膜上の撮像部位に対して前記装置本体をアライメントした後、前記装置本体を前後方向に移動させ、前記装置本体の移動中に前記照明光源を複数回発光させて，フォーカス位置が異なる複数の撮像画像を前記撮像素子により取得する撮影制御手段と、前記撮像素子により取得された前記複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像に基づいて合成画像を取得する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者眼の角膜内皮の細胞像を撮影する角膜内皮細胞撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明光源からの照明光を角膜に向けて斜めから照射し、その角膜からの反射光束を撮像素子により受光して非接触にて角膜内皮の細胞像を得る装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記のような装置として、例えば、角膜内皮に対する合焦状態を検出する合焦検出センサーを設け、内皮とのピント位置に装置本体を移動させた上で撮影を行う装置（特許文献１参照）や、装置本体を所定方向に移動させながら連続的に撮影を行う装置（特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０６０８０号公報
【特許文献２】特開平７−７９９９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１４の画像は、合焦付近で取得された画像であり、この画像に注目すると、中心近傍の画像は輝度及び解像力は高いが、内皮細胞の周辺部の輝度が低下しており、また、解像力も低下している。理由は、球面形状である角膜を斜め方向から撮影しているためである。なお、解像力が悪いと、場合によっては、細胞を認識することが困難なケースが発生する。
【０００６】
図１５は眼Ｅの内皮に対する装置の合焦位置の違いを光学的に説明するための概略光学図であり、図１５Ａは合焦位置が内皮にあるときの図であり、図１５Ｂは内皮が装置に対して遠いときの図であり、図１５Ｃは内皮が装置に対して近い位置の図である。なお、左下の小図は、図示の光学配置にて取得された撮像画像の模式図でありハッチング部分が内皮画像である。なお、撮像光学系３０を経て撮像される撮像画像は、反転して撮像される。図中のＰＳは、撮像光学系３０の焦点面であり、スリット絞りとの共役面、撮像素子との共役面である。
【０００７】
この場合、図１５Ａでは、眼Ｅの内皮ＳＰの中心部分にピントが合っており、図１５Ｂでは、眼Ｅの内皮ＳＰの右側部分にピントが合っており、図１５Ｃでは、眼Ｅの内皮ＳＰの左側部分にピントが合っていることが分かる。すなわち、内皮に対する装置の距離によってピントが合う画像領域が異なり、さらに、ピントが合う画像領域は、それぞれ内皮ＳＰにおける位置が異なる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑み、観察や解析に適した良好な内皮画像を取得できる角膜内皮撮像装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００１０】
（１）
照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、
被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段と、
前記駆動手段の駆動を制御して、角膜上の撮像部位に対して前記装置本体をアライメントした後、前記装置本体を前後方向に移動させ、前記装置本体の移動中に前記照明光源を複数回発光させて，フォーカス位置が異なる複数の撮像画像を前記撮像素子により取得する撮影制御手段と、
前記撮像素子により取得された前記複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像に基づいて合成画像を取得する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする。
（２） 前記画像処理手段は、部分画像に対応する切り出し範囲を撮像画像毎に変更する（１）の角膜内皮細胞撮影装置。
（３） 被検者眼の角膜内皮に対する前記撮像光学系のフォーカス位置を撮像画像毎に取得するフォーカス位置取得手段を備え、
前記画像処理手段は、フォーカス位置取得手段によって取得された撮像画像毎のフォーカス位置に基づいて、前記切り出し範囲を撮像画像毎に変更する（１）〜（２）の角膜内皮細胞撮影装置。
（４） 前記画像処理手段は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるように合成処理を行う（１）〜（３）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
（５） 前記画像処理手段は、前記合成画像をモニタに表示する（１）〜（４）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
（６） 前記合成画像に基づいて被検眼の角膜内皮細胞を解析する解析手段を備える（１）〜（５）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
（７） 撮像画像毎の部分画像の切り出し範囲を記憶する記憶手段を有し、
前記画像処理手段は、記憶手段に記憶された前記切り出し範囲に基づいて前記部分画像を撮影画像毎に切り出す（１）〜（６）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る角膜内皮細胞撮影装置の外観側方構成図である。
【００１２】
装置１００は、いわゆる据え置き型の装置であって、基台１と、基台１に取り付けられた顔支持ユニット２と、図示なき摺動機構により基台１上で移動可能に設けられた移動台３と、移動台３に対して移動可能に設けられ、後述する撮影系及び光学系を収納する撮影部（装置本体）４と、を備える。
【００１３】
撮影部４は、移動台３に設けられたＸＹＺ駆動部６により、被検眼Ｅに対して左右方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）及び前後方向（Ｚ方向）に移動される。移動台３は、ジョイスティック５の操作により、基台１上をＸＺ方向に移動される。また、検者が回転ノブ５ａを回転操作することにより、撮影部４はＸＹＺ駆動部６のＹ駆動によりＹ方向に移動される。ジョイスティック５の頂部には、スタートスイッチ５ｂが設けられている。表示モニタ９５は、撮影部４の検者側に設けられている。なお、本実施形態では、図示なき摺動機構又はＸＹＺ駆動部６により撮影部４が眼Ｅに対して相対的に移動される。
【００１４】
図２は、撮影部４に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。図３は第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。光学系の全体構成は、照明光源１２からの照明光を角膜Ｅｃに向けて斜めから照射する照明光学系１０と、内皮細胞を含む角膜Ｅｃからの反射光を第１撮像素子４４により受光することにより内皮細胞画像を取得する撮像光学系３０と、正面から角膜Ｅｃ中心部に向けてアライメント指標を投影する正面投影光学系５０と、斜めから角膜Ｅｃに向けて無限遠のアライメント指標を投影する第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、複数の斜め方向から角膜Ｅｃ周辺部に向けて有限遠のアライメント指標をそれぞれ投影する第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ（図３参照）、眼Ｅに対して内部から固視標を投影する内部固視光学系７０と、前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系８０と、眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向におけるアライメント状態を検出するためのＺアライメント検出光学系８５と、を有する。以下に、個々の具体的構成について説明する。
【００１５】
照明光学系１０は、内皮撮影用の可視光を発する照明光源（例えば、可視ＬＥＤ、フラッシュランプ）１２、集光レンズ１４、スリット板１６、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー１８、投光レンズ２０、を有する。照明光源１２から発せられた光は、集光レンズ１４を介してスリット板１６を照明する。そして、スリット板１６を通過したスリット光は、ダイクロイックミラー１８を介して投光レンズ２０によって収束され、角膜に照射される。ここで、スリット板１６と角膜Ｅｃは、対物レンズ２０に関して略共役な位置に配置されている。
【００１６】
撮像光学系３０は、光軸Ｌ１に関して照明光学系１０と左右対称であり、対物レンズ３２、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー３４、マスク３５、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２、内皮細胞像を取得するための専用の第１の二次元撮像素子（例えば、二次元ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、等）４４を有する。マスク３５は、対物レンズ３２に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。第１結像レンズ３６、及び第２結像レンズ４２は、内皮像を撮像素子４４上に結像させる結像光学系を形成する。撮像素子４４は、撮像光学系３０のレンズ系に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。
【００１７】
照明光学系１０による角膜反射光は、光軸Ｌ３方向（斜め方向）に向かい、対物レンズ３２によって収束された後、ダイクロイックミラー３４によって反射され、マスク３５にて一旦結像され、内皮細胞像を取得する際にノイズとなる光が遮光される。そして、マスク３５を通過した光は、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２を介して二次元撮像素子４４に結像される。これにより、高倍率の角膜内皮細胞像が取得される。なお、撮像素子４４の出力は、制御部９０に接続され、取得された細胞像は、メモリ９２に記憶される。また、細胞像はモニタ９５に表示される。
【００１８】
正面投影光学系５０は、赤外光源５１、投光レンズ５３、ハーフミラー５５、を有し、ＸＹアライメント検出用の赤外光を観察光軸Ｌ１方向から角膜Ｅｃに投影する。光源５１から発せられた赤外光は、投光レンズ５３により平行光束に変換された後、ハーフミラー５５により反射され、角膜Ｅｃの中心部に投影され、指標ｉ１０が形成される（図４参照）。
【００１９】
第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１に対して所定の角度でそれぞれ傾斜して配置されている。第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、赤外光源６１ａ、６１ｂと、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂと、をそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して無限遠の指標を投影する（図２参照）。なお、第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１を通る水平方向と略同一経線上に配置されている（図３参照）。
【００２０】
光源６１ａ、６１ｂから出射された光は、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂによりそれぞれコリメートされた後、角膜Ｅｃに投影され、指標ｉ２０、ｉ３０が形成される（図４参照）。
【００２１】
第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、光軸Ｌ１に対しそれぞれ傾斜して配置されている。第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、赤外光源６６ａ〜６６ｄをそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して有限遠の指標を投影する。なお、第２投影光学系６５ａ、６５ｂは、光軸Ｌ１に対して上方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１に対して下方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ａ、６５ｂと、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１を挟んで上下対称な関係で配置されている。
【００２２】
ここで、光源６６ａ、６６ｂからの光は角膜Ｅｃの上部に向けて斜め上方向から照射され、光源６６ａ、６６ｂの虚像である指標ｉ４０、ｉ５０が形成される。また、光源６６ｃ、６６ｄからの光は角膜Ｅｃの下部に向けて斜め下方向から照射され、光源６６ｃ、６６ｄの虚像である指標ｉ６０、ｉ７０が形成される（図４参照）。
【００２３】
上記のような指標投影光学系によれば、指標ｉ１０は、眼Ｅの角膜頂点に形成される（図４参照）。また、第１投影光学系６０ａ、６０ｂによる指標ｉ２０、ｉ３０は、指標ｉ１０と同じ水平位置において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。さらに、第２投影光学系６５ａ、６５ｂによる指標ｉ４０、ｉ５０は、指標ｉ１０より上方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。第２投影光学系６５ｃ、６５ｄによる指標ｉ６０、ｉ７０は、指標ｉ１０より下方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。
【００２４】
内部固視光学系７０は、可視光源（固視灯）７１、投光レンズ７３、可視反射・赤外透過のダイクロイックミラー７４、を有し、眼Ｅを正面方向に固視させるための光を眼Ｅに投影する。光源７１から発せられた可視光は、投光レンズ７３により平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー７５により反射され、眼Ｅの眼底に投影される。また、図示無き外部固視光学系が前述の第１投影光学系及び第２投影光学系の近傍に配置される。
【００２５】
図２に戻る。前眼部観察光学系８０は、対物レンズ８２、前眼部正面像を取得するための二次元撮像素子８４、を有し、第１の撮像素子４４とは異なる第２の撮像素子８４を有し、前眼部像及びアライメント指標を第２撮像素子８４により撮像する。二次元撮像素子８４としては、例えば、２次元ＣＣＤイメージセンサ（Charge coupled device image sensor）、二次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられる。なお、上記構成に限定されず、内皮撮影光路と前眼部観察光路とを結合する光路結合部材を設け、角膜内皮を撮像するための第１の撮像素子が、前眼部正面像を取得するための第２の撮像素子を兼用する構成であってもよい。
【００２６】
図示なき前眼部照明光源により照明された前眼部は、ダイクロイックミラー７５、ハーフミラー５５、対物レンズ８２を介して二次元撮像素子８４に撮像される。また、同様に、正面投影光学系５０、第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ、による角膜反射像は二次元撮像素子８４に受光される。
【００２７】
撮像素子８４の出力は制御部９０に接続され、図４に示すように、モニタ９５には、撮像素子８４によって撮像された前眼部像が表示される。なお、モニタ９５上に電子的に表示されるレチクルＬＴは、ＸＹアライメントの基準を示している。なお、観察光学系８０は、眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態（アライメントのずれ方向／偏位量）を検出するための検出光学系を兼用する。
【００２８】
Ｚアライメント検出光学系８５は、角膜Ｅｃに向けて斜め方向から検出用光束を投光する投光光学系８５ａと、投光光学系８５ａによる角膜反射光束を受光する受光光学系８５ｂと、を有する。そして、投光光学系８５ａの光軸Ｌ２と受光光学系８５ｂの光軸Ｌ３は、観察光軸Ｌ１に関して左右対称な位置に配置される。
【００２９】
投光光学系８５ａは、例えば、赤外光を発する照明光源８６、集光レンズ８７、ピンホール板８８、レンズ２０からなる。ここで、ピンホール板８８と角膜Ｅｃは、レンズ２０に関して略共役な位置に配置される。受光光学系８５ｂは、例えば、レンズ３２、一次元受光素子（ラインセンサ）８９からなる。ここで、一次元受光素子８９と角膜Ｅｃは、レンズ３２に関して略共役な位置に配置される。
【００３０】
光源８６から出射された赤外光は、集光レンズ８７を介してピンホール板８８を照明する。そして、ピンホール板８８の開口を通過した光は、レンズ２０を介して角膜Ｅｃに投光される。そして、その角膜反射光は、レンズ３２、ダイクロイックミラー３４を介して受光素子８９にて受光される。
【００３１】
受光素子８９の出力は制御部９０に接続され、眼Ｅに対するＺアライメント検出に利用される。ここで、受光素子８９上に受光されるアライメント光束は、Ｚ方向における撮影部４と眼Ｅとの位置関係によって受光位置が変化される。例えば、制御部９０は、受光素子８９からの検出信号において角膜反射光の位置を検出し、Ｚ方向のアライメント状態を検出する。なお、受光素子８９を用いたアライメント検出は、眼Ｅに対する精密なアライメントのために利用される。
【００３２】
制御部９０は、装置全体の制御を行う。そして、制御部９０には、回転ノブ５ａ、スタートスイッチ５ｂ、ＸＹＺ駆動部６、二次元撮像素子４４、８４、各光源、記憶手段としてのメモリ９２、モニタ９５、が接続されている。
【００３３】
例えば、制御部９０は、モニタ９５の表示を制御する。また、制御部９０は、アライメント指標の受光結果に基づいてＸＹＺ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態を検出する。そして、制御部９０は、その検出結果に基づいて撮影部４の移動を指令する信号を出力する。また、制御部９０は、受光素子８９の受光結果に基づいて眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向のアライメント状態を検出する。
【００３４】
以上のような構成を備える装置において、その動作について説明する。装置１００では、ＸＹＺアライメントを行った後、撮像部４を前進させながら内皮細胞を連続的に複数枚撮影する。以下、各動作について詳細に説明する。
＜ＸＹＺアライメント＞
図４Ａ，Ｂは角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、図４Ａはアライメントずれがある場合の表示例であり、図４Ｂはアライメントが適正な状態における表示例である。
この場合、光源７１が点灯され、眼Ｅの固視方向が正面に誘導される。まず、検者は、被検者に固視標を注視させる。また、モニタ９５に表示された前眼部像を観察しながら、眼Ｅに対する撮影部４のアライメントを行う。
【００３５】
上記のようにしてラフなアライメント（指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０がモニタ９５に表示されるまでの検者による手動のアライメント）が行われると、図４Ａに示すように、拡散光による角膜指標像が撮像素子６４の受光面に検出される。制御部９０は、画像の左上の座標位置から、画面の右下に向かって輝点を探索する。そして、指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０が検出されるようになると、制御部９０は、検出された輝点の位置を検出する。
【００３６】
そして、制御部９０は、指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０からなる矩形の中心位置を略角膜頂点として検出し、ＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれ方向／偏位量を検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲（例えば、指標ｉ１０が検出される範囲）に入るように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。これにより、広範囲での自動アライメントが可能となる。
【００３７】
以上のようにして撮影部４が移動され、指標ｉ１０が検出されると、制御部９０は、上記指標ｉ４０〜ｉ７０によるアライメントを終了し、指標ｉ１０を用いたアライメントを行う。ここで、制御部９０は、指標ｉ１０と、指標ｉ４０〜ｉ７０とをその位置関係から判別する。
【００３８】
そして、制御部９０は、指標ｉ１０の座標位置を略角膜頂点として検出し、ＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれ方向／偏位量を検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲内に入る（例えば、指標ｉ１０がレチクルＬＴ内に位置する）ように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。
【００３９】
また、上記のようにして指標ｉ１０が検出されるようになると、同様に、無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０が検出される。そこで、制御部９０は、前述のように検出される無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０の間隔と有限遠の指標ｉ６０、ｉ７０の間隔とを比較することによりＺ方向のアライメントずれ方向／偏位量を求める（第１のアライメント検出）。そして、制御部９０は、Ｚ方向の眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれが所定のアライメント許容範囲（例えば、無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０の中心輝点と有限遠の指標ｉ６０、ｉ７０の中心輝点との差がプラスマイナス１ピクセル内（寸法として±０．１ｍｍ程度））に入るように撮影部４をＺ方向に移動させる（第１自動アライメント）。
【００４０】
この場合、制御部９０は、測定部３が作動距離方向にずれた場合に、前述の無限遠指標ｉ２０、ｉ３０の間隔がほとんど変化しないのに対して、有限遠の指標像ｉ６０、ｉ７０の像間隔が変化するという特性を利用して、Ｚ方向のアライメントずれを求める（詳しくは、特開平６−４６９９９号参照）。なお、指標像ｉ６０、ｉ７０の代わりに、指標像ｉ４０、ｉ５０が利用されてもよい。また、光軸Ｌ１からの指標の距離（指標高さ）に基づいてＺアライメントが検出されてもよい。
【００４１】
そして、制御部９０は、第１のＺアライメント検出においてアライメント状態が適正と判定されると、第１自動アライメントの作動を停止し、検出光学系８５を用いた第２のＺアライメント検出及びその検出結果に基づく第２の自動アライメントを作動させる。
【００４２】
制御部９０は、光源８６を点灯させアライメント光束を角膜Ｅｃに投光する（光源８６を予め点灯させていてもよい）と共に、その角膜反射光束を受光素子８９にて検出する。そして、制御部９０は、受光素子８９からの受光結果に基づいて駆動部６の駆動を制御し、撮影部４をＺ方向に移動させる。
【００４３】
例えば、制御部９０は、受光素子８９から出力される受光信号に基づいて角膜上皮からの反射光束に対応するピークＰを検出し、受光素子８９上における上皮ピークの位置Ｐｚを検出する（図５参照）。そして、制御部９０は、上皮からの反射光束による受光信号のピークが受光素子８９上の所定位置（例えば、中心位置）にくるように駆動部６を駆動させる。
【００４４】
前述したアライメント動作によって、ＸＹＺ方向のアライメント状態がアライメント完了の条件を満たしたら、制御部９０は、ＸＹＺ方向のアライメントが合致したと判定し、トリガ信号を発する。
【００４５】
＜内皮細胞の撮影＞
制御部９０は、トリガ信号が発せられると、照明光源１２を連続的に点灯させ、可視照明光による角膜内皮細胞像を二次元撮像素子４４にて取得する。このとき、制御部９０は、上皮反射光が検出され、内皮反射光が検出されない程度の光量にて光源１２を発光させるのが好ましい。その後、制御部９０は、光源１２を点灯させると共に、駆動部６の駆動を制御して、撮影部４を眼Ｅに向かって前進させていく。この撮影部４のＺ方向への移動中において、制御部９０は、ＸＹ方向における自動アライメントの作動（撮像素子８４を用いた追尾制御）を継続する。
制御部９０は、撮像素子４４からの出力画像を検出し、検出結果に基づいて光源１２及び駆動部６を制御する。図６は撮像素子４４からの出力画像に基づいて角膜画像の受光状態を判定する際の一例を示す図である。図６において、中央の白い矩形領域は、撮像素子４４より前方に配置されたマスク３５の開口部に対応し、左右の黒いハッチングは、マスク３５の遮光部に対応する。
【００４６】
例えば、制御部９０は、角膜画像の受光状態を検出するため、角膜の厚み方向（図６のＺ方向）に対して直交方向に延びる第１検出領域Ｌｃ１と、第２検出領域Ｌｃ２を設定する。第１検出領域Ｌｃ１は上皮反射光の受光状態を検出するために設定され、第２検出領域Ｌｃ２は内皮反射光の受光状態を検出するために設定されている。制御部９０は、第１検出領域Ｌｃ１内の各画素の輝度の合計値ＳＬＣ１を算出する。また、第２検出領域Ｌｃ２内の各画素の輝度の合計値ＳＬＣ２を算出する。
【００４７】
図７Ａ〜Ｃは、撮撮部４が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、図８Ａ，Ｂは、撮影部４が前進されるときの合計値ＳＬＣ１とＳＬＣ２の変化を時系列で表すグラフである。図８Ａは合計値ＳＬＣ１、図８Ｂは合計値ＳＬＣ２に対応する。
【００４８】
図７Ａは、ＸＹＺ方向のアライメントが完了されたときの図である。このとき、第１領域Ｌｃ１上に上皮反射光Ｅｐが受光された状態となる。このため、第１の合計値ＳＬＣ１は、上皮反射に対応する高い値が算出される（図８Ａ参照）。
【００４９】
そして、撮影部４が前進されると、上皮反射光Ｅｐは、図７Ａ〜Ｃの紙面の右方向へと移動される。そして、上皮反射光Ｅｐが検出領域Ｌｃ１を過ぎると、合計値ＳＬＣ１が大きく減少する（図７Ｂ、図８Ａの傾斜Ａ参照）。そして、制御部９０は、所定の閾値Ｓ１より合計値ＳＬＣ１が下回ったとき、撮像素子４４からの出力画像において内皮画像が現出される程度まで光源１２の光量を増加させる。これにより、内皮反射光Ｅｎが撮像素子４４によって検出可能となる。
【００５０】
光源１２の光量増加後、制御部９０は、撮影部４の前進動作を継続させ、撮像素子４４から連続的に出力される画像を随時メモリ９２に記憶させていく。二次元撮像素子４４は、そのフレームレートに合わせて撮像信号を随時制御部９０に出力する。これにより、内皮の撮像画像が１〜２秒間に複数（例えば、３０〜４０枚程度）取得される。そして、制御部９０は、出力画像の内、ある条件（例えば、内皮細胞像が適正に取得されている）を満たす画像を静止画としてメモリ９２に記憶させる。これにより、内皮細胞像が撮影される。この場合、制御部９０は、予め設定された所定枚数をメモリ９２に記憶するようにしてもよい。そして、制御部９０は、メモリ９２に記憶された撮影画像をモニタ９５に出力する。
【００５１】
撮影部４が前進されると、内皮反射光Ｅｎは、画像中の右方向へと移動される（図７Ａ〜Ｃ参照）。そして、内皮反射光Ｅｎが第２検出領域Ｌｃ２に達すると、合計値ＳＬＣ２が上昇する（図８Ｂの傾斜Ｂ参照）。そして、第２検出領域Ｌｃ２上で内皮反射光Ｅｎが受光されている間は、高い値が位置される。さらに、撮影部４が前進され、内皮反射光Ｅｎが検出領域Ｌｃ２を過ぎると、合計値ＳＬＣ２は、大きく減少する（図７Ｃ、図８Ｂの傾斜Ｃ参照）。制御部９０は、所定の閾値Ｓ２より合計値が下回ったとき、光源１２を減光（消灯を含む）すると共に、駆動部６の駆動を停止させ、撮影部４の前進動作を停止させる。
【００５２】
なお、光源１２を連続的に発光させる手法としては、光源１２を常時点灯させる手法の他、光源１２を連続的に点滅させる手法が含まれる。光源１２を連続的に点滅させる場合、例えば、制御部９０は、撮影部４の移動中に複数枚の内皮画像を取得できるように点滅される。また、光源１２は、二次元撮像素子４４のフレームレートに同期して連続的に点滅されてもよい。例えば、一枚の撮像時間が３０ｍｓの場合、画像の取得開始から数ｍｓの間、光源１２が点灯され、その後、消灯される。そして、次の画像の取得が開始されると、光源１２が点灯される。すなわち、このような点滅動作が繰り返される。
【００５３】
なお、これらに限定されず、制御部９０は、撮像素子４４によって複数の内皮画像が得られるように、光源１２を複数回発光させる制御（もちろん連続的発光も含む）であればよい。
【００５４】
＜合焦位置が異なる複数の撮像画像に基づく連結画像の生成＞
概して、制御部９０は、撮像素子４４により取得された複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像を接合した合成画像を取得する（図９〜図１２参照）。
【００５５】
フォーカス位置が異なる複数の撮像画像は、例えば、前述のように、Ｚ方向に関して装置と眼Ｅとの距離を変化させながら内皮の撮像画像を連続的に取得することによって得られ、各撮像画像はメモリ９５に画像データとして記憶される。
【００５６】
図９は、複数の撮像画像の一例であり、４枚の撮像画像からなる。各撮像画像を形成するフレームを水平方向に関して４等分した場合、これら４枚の撮像画像は、それぞれ異なる領域１０１〜１０４にピント（フォーカス）が合った内皮画像を持つ。
【００５７】
各撮像画像と眼Ｅの内皮に対する装置の合焦位置との関係について説明する。図９（ａ）の第１画像は、眼Ｅの角膜内皮に対して装置が遠い位置で取得された画像である。図９（ｂ）の第２画像は、眼Ｅの角膜内皮が装置の合焦位置に置かれた状態（合焦状態）で取得された画像である。図９（ｃ）の第３画像は、眼Ｅの角膜内皮に対して装置が近い位置で取得された画像である。図９（ｄ）の第４画像は、第３画像よりさらに、眼Ｅの角膜内皮に対して装置が近い位置で取得された画像である。
【００５８】
図９（ａ）の第１画像に関して、ピントが合った内皮画像が、最も左側にある領域（第１領域）１０１に形成されている。図９（ｂ）の第２画像に関して、ピントが合った内皮画像が、左から２番目の領域（第２領域）１０２に形成されている。図９（ｃ）の第３画像に関して、ピントが合った内皮画像が、左から３番目の領域（第３領域）１０３に形成されている。図９（ｄ）の第４画像に関して、ピントが合った内皮画像が、左から４番目の領域（第４領域）１０４に形成されている。図９からも分かるように、ピントが合っている画像領域の水平位置が異なれば、その画像領域における細胞群は、画像上の水平方向（短手方向）に関して内皮上における撮像位置が異なる。
【００５９】
なお、装置の合焦位置とは、投光系（照明光学系１０）と受光系（撮像光学系３０）との交点位置を意味し、通常、交点上に内皮が置かれたときが、眼Ｅの内皮と装置が合焦状態であるとして表現される。この点からすれば、各撮像画像は、それぞれ焦点が合っている領域を持つが、図９（ｂ）の画像が、合焦位置（合焦状態）にて取得された画像であり、図９（ａ）、（ｃ）、（ｄ）は合焦位置（合焦状態）から外れた位置で取得された画像として区別される。
【００６０】
図１０は、フォーカス位置が異なる複数の撮像画像に基づいて連結画像を生成するための画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１１は、連結画像を取得するための画像処理について説明する概念図である。
【００６１】
ステップ１では、連結画像の生成に用いる画像を選択するため、制御部９０は、メモリ９５に記憶された画像データにおいて、互いにフォーカス位置が異なる複数の撮像画像（例えば、前述の第１画像〜第４画像参照）を選択する。
【００６２】
ステップ２では、制御部９０は、ステップ１にて選択された各撮像画像において、ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を切り出す。この場合、制御部９０は、ピントが合った部分を切り出せるように、撮像画像毎に、撮像画像の一部を生成する部分画像に対応する切り出し範囲を変更する。例えば、制御部９０は、第１画像から第１領域１０１を形成する部分画像Ｐ１を切り出し、第２画像から第２領域１０２を形成する部分画像Ｐ２を切り出し、第３画像から第３領域１０３を形成する部分画像Ｐ３を切り出し、第４画像から第４領域１０４を形成する部分画像Ｐ４を切り出す。メモリ９５には、撮像画像毎の部分画像の切り出し範囲が記憶される。制御部９０は、メモリ９５に記憶された切り出し範囲に基づいて部分画像を撮影画像毎に切り出す。
【００６３】
本実施形態の装置は、被検者眼角膜からの反射光を撮像素子４４又は他の受光素子（受光素子８９）によって受光し、その素子から出力される受光信号に基づいて眼Ｅの角膜内皮に対する撮像光学系３０のフォーカス位置を撮像画像毎に取得する。そして、制御部９０は、取得された撮像画像毎のフォーカス位置に基づいて、部分画像に対応する切り出し範囲を撮像画像毎に変更する。
【００６４】
例えば、眼Ｅの角膜内皮に対する撮像光学系３０のフォーカス位置と、撮像画像におけるピントが合った部分画像の形成位置とは、一定の関係にある。そして、撮像画像に関する前述の撮像光学系３０のフォーカス位置は、撮像画像における水平方向（短手方向）における内皮画像の取得位置によって求められる。例えば、撮像画像の水平方向に関して、内皮反射による所定の輝度を持った画像領域の形成位置を求めることによりフォーカス位置が取得される。そこで、上記一定の関係を実験又はシミュレーションなどによって予め求めておき、内皮画像の取得位置に応じて切り出し範囲が設定されることによって、ピントが合った部分画像がスムーズに切り出される。メモリ９５は、内皮画像の取得位置と切り出し範囲との関係を記憶する。
【００６５】
もちろん、これに限定されず、眼Ｅの角膜内皮に対する撮像光学系３０のフォーカス位置は、一次元受光素子８９からの受光信号に基づいて取得される。例えば、一次元受光素子８９における内皮の受光位置が利用される。この場合、撮像画像毎に、一次元受光素子８９における内皮信号の受光位置を記憶させておき、内皮信号の位置と、撮像画像におけるピントが合った部分画像の形成位置との関係を利用して、切り出し範囲を変更するようにしてもよい。メモリ９５は、内皮の受光位置と、切り出し範囲との関係を記憶する。
【００６６】
ステップ３では、制御部９０は、ステップ２にて切り出された各部分画像を接合した連結画像を取得する。なお、部分画像を接合する場合、隣接する部分画像を滑らかに連結する技術を適用してもよい。例えば、制御部９０は、隣接する部分画像間において、接合部分における輝度差が減少されるように、部分画像の輝度を調整するようにしてもよい。
【００６７】
次に、連結画像を取得するための画像処理について説明する。制御部９０は、連結画像を取得するためのテンプレート画像ＴＰを得る。テンプレート画像ＴＰのフレームは、水平方向に関して４等分されており、領域１０１、領域１０２、領域１０３、領域１０４に区分けされている。フレーム内における各画像領域の画素位置については、テンプレート画像に予め付与されている。
【００６８】
制御部９０は、ステップ２にて切り出された部分画像Ｐ１〜Ｐ４の画像データを、テンプレート画像ＴＰを形成する画像領域１０１〜１０４に貼り付ける。具体的には、制御部９０は、部分画像Ｐ１の画像データを、画像領域１０１に貼り付ける。同様に、制御部９０は、部分画像Ｐ２をテンプレート画像ＴＰの領域１０２、部分画像Ｐ３をテンプレート画像ＴＰの領域１０３、部分画像Ｐ４をテンプレート画像ＴＰの領域１０４に貼り付ける。これにより、各撮像画像において良好に撮像された部位の画像が合成された合成画像が取得される。
【００６９】
図１２は、連結画像の一例を示す図である。ステップ４では、制御部９０は、上記処理によって得られた連結画像をモニタ９５上に表示する。ステップ５では、制御部９０は、取得された連結画像を画像処理によって解析する。例えば、制御部９０は、単位面積当たりの細胞数（細胞密度）、細胞のサイズ、サイズのバラツキ、六角形細胞の数の少なくともいずれかを算出する。これらの算出結果は、モニタ９５上に表示される。
【００７０】
上記のように取得された一枚の連結画像について、内皮画像の周辺部での輝度／解像力の低下が抑制されており、広範囲に亘って良好に撮像された内皮画像が形成される。これにより、広範囲に亘って適正な解析が可能となるため、内皮細胞の解析をより良好に行うことが可能となる。
【００７１】
なお、上記実施形態においては、互いに隣接する部分画像同士を直線的に連結させる構成としたが、これに限定されない。例えば、制御部９０は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるように合成処理を行うようにしてもよい
例えば、各部分画像における細胞間隙（細胞境界）をトレースして、トレースのラインに従って切り出し、隣接する部分画像を連結するようにしてもよい。この場合、隣接する２つの部分画像が，撮像部位として互いに重複する画像領域を持つように、撮像画像から部分画像が切り出される。そして、制御部９０は、部分画像の細胞間隙を画像処理（例えば、エッジ検出処理）により抽出する。制御部９０は、抽出された細胞間隙の内、隣接する部分画像に関して互いに重複する細胞間隙を画像間の境界として区分けする。そして、制御部９０は、区分けされた境界をベースとして互いに隣接する２つの部分画像を連結させる（図１３参照）。
【００７２】
また、制御部９０は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるようにマッチング処理を行うようにしてもよい。例えば、制御部９０は、第１の部分画像と、第１の部分画像に隣接する第２の部分画像との相対位置をずらしながら、相関値を求める。そして、制御部９０は、その相関値が最大となる位置にて第１の部分画像に対して第２の部分画像を重ね合わせる処理を行うことにより２つの部分画像を連結させる。マッチング処理の手法としては、各種相関関数を用いる方法、フーリエ変換を利用する方法、特徴点のマッチングに基づく方法等が考えられる。
【００７３】
なお、本実施形態において、各画像の切出し範囲を設定する場合、制御部９０は、撮像画像に基づいて、各画像における画像が良質な画像領域を画像処理により判断し、その判断結果に基づいて切出範囲を設定するようにしてもよい。例えば、制御部９０は、撮像画像の各水平位置ｉにおける垂直方向のエッジの数を画像処理により算出する。そして、撮像画像において、エッジの数が多く算出された領域を切出し範囲として用いるようなことが考えられる。なお、エッジの数が多いほど、フォーカスが合っており、コントラストが高い傾向となるため、これらの傾向が高い画像領域を部分画像として利用できる。また、連結画像の生成に用いる撮像画像は、検者が選択する構成であってもよい。また、検者が、切り出す範囲を任意に設定できる構成であってもよい。
【００７４】
なお、上記実施形態においては、フォーカス位置が異なる４枚の撮像画像を用いて連結画像を得る例を説明したが、これに限定されない。本装置は、フォーカス位置が異なる２枚以上の撮像画像に基づいて連結画像を取得する。なお、連結画像の生成に利用される撮像画像の数は、光学系の性能、上記連続撮影における撮影間隔、等によって適宜選択される。なお、各撮像画像は、例えば、少なくとも内皮細胞単位で合焦位置が異なっており、かつ、画像全体に亘ってピントが合った画像を取得しうる複数の撮像画像が選択される。
【００７５】
なお、本実施形態においては、制御部９０は、画像処理器、画像解析器として機能する制御器（例えば、ＣＰＵ）として用いられる。
【００７６】
なお、本実施形態において、制御部９０は、連結画像に基づいて被検眼の角膜内皮細胞を解析し、形跡結果をモニタ９５に表示する。例えば、制御部９０は、撮像画像を形成する部分画像において内皮細胞の密度、細胞のサイズ、サイズのバラツキ、六角形細胞の数の少なくともいずれかを算出し、算出結果を表示する。制御部９０は、算出結果と共に、算出に用いた撮像画像をモニタ９５に表示する。そして、制御部９０は、撮像画像に対し、算出に用いた部分画像に対応する画像領域を示すグラフィック（例えば、色付け、ラインで囲む、など）を加えて表示する。
【００７７】
なお、上記実施形態においては、撮影部４を前進させながら内皮を連続的に取得する構成としたが、撮影部４を眼Ｅに対して後退させながら内皮を連続的に取得する構成であっても、本実施形態の装置の技術の適用は可能である。
【００７８】
なお、実施形態に関して、上記に示した例に限定されるものではなく、当業者の設計思想の範囲内において種々の変容が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施形態に係る角膜内皮細胞撮影装置の外観側方構成図である。
【図２】撮影部に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。
【図３】第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。
【図４Ａ】角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、アライメントずれがある場合の表示例である。
【図４Ｂ】角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、アライメントが適正な状態における表示例である。
【図５】精密なアライメント検出の一例を示す図である。
【図６】撮像素子からの出力画像に基づいて角膜画像の受光状態を判定する際の一例を示す図である。
【図７Ａ】撮影部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、ＸＹＺ方向のアライメントが完了されたときの図である。
【図７Ｂ】撮影部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、上皮反射光が移動された後の図である。
【図７Ｃ】撮影部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、内皮反射光が所定の検出領域を過ぎたときの図である。
【図８Ａ】撮影部が前進されるときの合計値ＳＬＣ１の変化を時系列で表すグラフである。
【図８Ｂ】撮影部が前進されるときの合計値ＳＬＣ２の変化を時系列で表すグラフである。
【図９】複数の撮像画像の一例であり、４枚の撮像画像からなる。
【図１０】フォーカス位置が異なる複数の撮像画像に基づいて連結画像を生成するための画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】連結画像を取得するための画像処理について説明する概念図である。
【図１２】連結画像の一例を示す図である。
【図１３】区分けされた境界をベースとして互いに隣接する２つの部分画像を連結させる手法の一例を示す図である。
【図１４】合焦位置付近で取得された内皮画像を示す図である。
【図１５Ａ】合焦位置が内皮にあるときの図である。
【図１５Ｂ】内皮が装置に対して遠いときの図である。
【図１５Ｃ】内皮が装置に対して近い位置の図である。
【符号の説明】
【００８０】
４ 撮影部（装置本体）
６ 駆動部
１０ 照明光学系
１２ 照明光源
３０ 撮像光学系
６０ａ，６０ｂ 第１投影光学系
６５ａ〜６５ｄ 第２投影光学系
８０ 前眼部観察光学系
８５ Ｚアライメント検出光学系
８５ａ 投光光学系
８５ｂ 受光光学系
９０ 制御部
９２ メモリ
９５ モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者眼の角膜内皮の細胞像を撮影する角膜内皮細胞撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明光源からの照明光を角膜に向けて斜めから照射し、その角膜からの反射光束を撮像素子により受光して非接触にて角膜内皮の細胞像を得る装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記のような装置として、例えば、角膜内皮に対する合焦状態を検出する合焦検出センサーを設け、内皮とのピント位置に装置本体を移動させた上で撮影を行う装置（特許文献１参照）や、装置本体を所定方向に移動させながら連続的に撮影を行う装置（特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０６０８０号公報
【特許文献２】特開平７−７９９９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１４の画像は、合焦付近で取得された画像であり、この画像に注目すると、中心近傍の画像は輝度及び解像力は高いが、内皮細胞の周辺部の輝度が低下しており、また、解像力も低下している。理由は、球面形状である角膜を斜め方向から撮影しているためである。なお、解像力が悪いと、場合によっては、細胞を認識することが困難なケースが発生する。
【０００６】
図１５は眼Ｅの内皮に対する装置の合焦位置の違いを光学的に説明するための概略光学図であり、図１５Ａは合焦位置が内皮にあるときの図であり、図１５Ｂは内皮が装置に対して遠いときの図であり、図１５Ｃは内皮が装置に対して近い位置の図である。なお、左下の小図は、図示の光学配置にて取得された撮像画像の模式図でありハッチング部分が内皮画像である。なお、撮像光学系３０を経て撮像される撮像画像は、反転して撮像される。図中のＰＳは、撮像光学系３０の焦点面であり、スリット絞りとの共役面、撮像素子との共役面である。
【０００７】
この場合、図１５Ａでは、眼Ｅの内皮ＳＰの中心部分にピントが合っており、図１５Ｂでは、眼Ｅの内皮ＳＰの右側部分にピントが合っており、図１５Ｃでは、眼Ｅの内皮ＳＰの左側部分にピントが合っていることが分かる。すなわち、内皮に対する装置の距離によってピントが合う画像領域が異なり、さらに、ピントが合う画像領域は、それぞれ内皮ＳＰにおける位置が異なる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑み、観察や解析に適した良好な内皮画像を取得できる角膜内皮撮像装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００１０】
（１）
照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、
被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段と、
前記駆動手段の駆動を制御して、角膜上の撮像部位に対して前記装置本体をアライメントした後、前記装置本体を前後方向に移動させ、前記装置本体の移動中に前記照明光源を複数回発光させて，フォーカス位置が異なる複数の撮像画像を前記撮像素子により取得する撮影制御手段と、
前記撮像素子により取得された前記複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像に基づいて合成画像を取得する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする。
（２） 前記画像処理手段は、部分画像に対応する切り出し範囲を撮像画像毎に変更する（１）の角膜内皮細胞撮影装置。
（３） 被検者眼の角膜内皮に対する前記撮像光学系のフォーカス位置を撮像画像毎に取得するフォーカス位置取得手段を備え、
前記画像処理手段は、フォーカス位置取得手段によって取得された撮像画像毎のフォーカス位置に基づいて、前記切り出し範囲を撮像画像毎に変更する（１）〜（２）の角膜内皮細胞撮影装置。
（４） 前記画像処理手段は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるように合成処理を行う（１）〜（３）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
（５） 前記画像処理手段は、前記合成画像をモニタに表示する（１）〜（４）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
（６） 前記合成画像に基づいて被検眼の角膜内皮細胞を解析する解析手段を備える（１）〜（５）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
（７） 撮像画像毎の部分画像の切り出し範囲を記憶する記憶手段を有し、
前記画像処理手段は、記憶手段に記憶された前記切り出し範囲に基づいて前記部分画像を撮影画像毎に切り出す（１）〜（６）のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る角膜内皮細胞撮影装置の外観側方構成図である。
【００１２】
装置１００は、いわゆる据え置き型の装置であって、基台１と、基台１に取り付けられた顔支持ユニット２と、図示なき摺動機構により基台１上で移動可能に設けられた移動台３と、移動台３に対して移動可能に設けられ、後述する撮影系及び光学系を収納する撮影部（装置本体）４と、を備える。
【００１３】
撮影部４は、移動台３に設けられたＸＹＺ駆動部６により、被検眼Ｅに対して左右方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）及び前後方向（Ｚ方向）に移動される。移動台３は、ジョイスティック５の操作により、基台１上をＸＺ方向に移動される。また、検者が回転ノブ５ａを回転操作することにより、撮影部４はＸＹＺ駆動部６のＹ駆動によりＹ方向に移動される。ジョイスティック５の頂部には、スタートスイッチ５ｂが設けられている。表示モニタ９５は、撮影部４の検者側に設けられている。なお、本実施形態では、図示なき摺動機構又はＸＹＺ駆動部６により撮影部４が眼Ｅに対して相対的に移動される。
【００１４】
図２は、撮影部４に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。図３は第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。光学系の全体構成は、照明光源１２からの照明光を角膜Ｅｃに向けて斜めから照射する照明光学系１０と、内皮細胞を含む角膜Ｅｃからの反射光を第１撮像素子４４により受光することにより内皮細胞画像を取得する撮像光学系３０と、正面から角膜Ｅｃ中心部に向けてアライメント指標を投影する正面投影光学系５０と、斜めから角膜Ｅｃに向けて無限遠のアライメント指標を投影する第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、複数の斜め方向から角膜Ｅｃ周辺部に向けて有限遠のアライメント指標をそれぞれ投影する第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ（図３参照）、眼Ｅに対して内部から固視標を投影する内部固視光学系７０と、前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系８０と、眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向におけるアライメント状態を検出するためのＺアライメント検出光学系８５と、を有する。以下に、個々の具体的構成について説明する。
【００１５】
照明光学系１０は、内皮撮影用の可視光を発する照明光源（例えば、可視ＬＥＤ、フラッシュランプ）１２、集光レンズ１４、スリット板１６、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー１８、投光レンズ２０、を有する。照明光源１２から発せられた光は、集光レンズ１４を介してスリット板１６を照明する。そして、スリット板１６を通過したスリット光は、ダイクロイックミラー１８を介して投光レンズ２０によって収束され、角膜に照射される。ここで、スリット板１６と角膜Ｅｃは、対物レンズ２０に関して略共役な位置に配置されている。
【００１６】
撮像光学系３０は、光軸Ｌ１に関して照明光学系１０と左右対称であり、対物レンズ３２、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー３４、マスク３５、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２、内皮細胞像を取得するための専用の第１の二次元撮像素子（例えば、二次元ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、等）４４を有する。マスク３５は、対物レンズ３２に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。第１結像レンズ３６、及び第２結像レンズ４２は、内皮像を撮像素子４４上に結像させる結像光学系を形成する。撮像素子４４は、撮像光学系３０のレンズ系に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。
【００１７】
照明光学系１０による角膜反射光は、光軸Ｌ３方向（斜め方向）に向かい、対物レンズ３２によって収束された後、ダイクロイックミラー３４によって反射され、マスク３５にて一旦結像され、内皮細胞像を取得する際にノイズとなる光が遮光される。そして、マスク３５を通過した光は、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２を介して二次元撮像素子４４に結像される。これにより、高倍率の角膜内皮細胞像が取得される。なお、撮像素子４４の出力は、制御部９０に接続され、取得された細胞像は、メモリ９２に記憶される。また、細胞像はモニタ９５に表示される。
【００１８】
正面投影光学系５０は、赤外光源５１、投光レンズ５３、ハーフミラー５５、を有し、ＸＹアライメント検出用の赤外光を観察光軸Ｌ１方向から角膜Ｅｃに投影する。光源５１から発せられた赤外光は、投光レンズ５３により平行光束に変換された後、ハーフミラー５５により反射され、角膜Ｅｃの中心部に投影され、指標ｉ１０が形成される（図４参照）。
【００１９】
第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１に対して所定の角度でそれぞれ傾斜して配置されている。第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、赤外光源６１ａ、６１ｂと、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂと、をそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して無限遠の指標を投影する（図２参照）。なお、第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１を通る水平方向と略同一経線上に配置されている（図３参照）。
【００２０】
光源６１ａ、６１ｂから出射された光は、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂによりそれぞれコリメートされた後、角膜Ｅｃに投影され、指標ｉ２０、ｉ３０が形成される（図４参照）。
【００２１】
第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、光軸Ｌ１に対しそれぞれ傾斜して配置されている。第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、赤外光源６６ａ〜６６ｄをそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して有限遠の指標を投影する。なお、第２投影光学系６５ａ、６５ｂは、光軸Ｌ１に対して上方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１に対して下方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ａ、６５ｂと、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１を挟んで上下対称な関係で配置されている。
【００２２】
ここで、光源６６ａ、６６ｂからの光は角膜Ｅｃの上部に向けて斜め上方向から照射され、光源６６ａ、６６ｂの虚像である指標ｉ４０、ｉ５０が形成される。また、光源６６ｃ、６６ｄからの光は角膜Ｅｃの下部に向けて斜め下方向から照射され、光源６６ｃ、６６ｄの虚像である指標ｉ６０、ｉ７０が形成される（図４参照）。
【００２３】
上記のような指標投影光学系によれば、指標ｉ１０は、眼Ｅの角膜頂点に形成される（図４参照）。また、第１投影光学系６０ａ、６０ｂによる指標ｉ２０、ｉ３０は、指標ｉ１０と同じ水平位置において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。さらに、第２投影光学系６５ａ、６５ｂによる指標ｉ４０、ｉ５０は、指標ｉ１０より上方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。第２投影光学系６５ｃ、６５ｄによる指標ｉ６０、ｉ７０は、指標ｉ１０より下方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。
【００２４】
内部固視光学系７０は、可視光源（固視灯）７１、投光レンズ７３、可視反射・赤外透過のダイクロイックミラー７４、を有し、眼Ｅを正面方向に固視させるための光を眼Ｅに投影する。光源７１から発せられた可視光は、投光レンズ７３により平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー７５により反射され、眼Ｅの眼底に投影される。また、図示無き外部固視光学系が前述の第１投影光学系及び第２投影光学系の近傍に配置される。
【００２５】
図２に戻る。前眼部観察光学系８０は、対物レンズ８２、前眼部正面像を取得するための二次元撮像素子８４、を有し、第１の撮像素子４４とは異なる第２の撮像素子８４を有し、前眼部像及びアライメント指標を第２撮像素子８４により撮像する。二次元撮像素子８４としては、例えば、２次元ＣＣＤイメージセンサ（Charge coupled device image sensor）、二次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられる。なお、上記構成に限定されず、内皮撮影光路と前眼部観察光路とを結合する光路結合部材を設け、角膜内皮を撮像するための第１の撮像素子が、前眼部正面像を取得するための第２の撮像素子を兼用する構成であってもよい。
【００２６】
図示なき前眼部照明光源により照明された前眼部は、ダイクロイックミラー７５、ハーフミラー５５、対物レンズ８２を介して二次元撮像素子８４に撮像される。また、同様に、正面投影光学系５０、第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ、による角膜反射像は二次元撮像素子８４に受光される。
【００２７】
撮像素子８４の出力は制御部９０に接続され、図４に示すように、モニタ９５には、撮像素子８４によって撮像された前眼部像が表示される。なお、モニタ９５上に電子的に表示されるレチクルＬＴは、ＸＹアライメントの基準を示している。なお、観察光学系８０は、眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態（アライメントのずれ方向／偏位量）を検出するための検出光学系を兼用する。
【００２８】
Ｚアライメント検出光学系８５は、角膜Ｅｃに向けて斜め方向から検出用光束を投光する投光光学系８５ａと、投光光学系８５ａによる角膜反射光束を受光する受光光学系８５ｂと、を有する。そして、投光光学系８５ａの光軸Ｌ２と受光光学系８５ｂの光軸Ｌ３は、観察光軸Ｌ１に関して左右対称な位置に配置される。
【００２９】
投光光学系８５ａは、例えば、赤外光を発する照明光源８６、集光レンズ８７、ピンホール板８８、レンズ２０からなる。ここで、ピンホール板８８と角膜Ｅｃは、レンズ２０に関して略共役な位置に配置される。受光光学系８５ｂは、例えば、レンズ３２、一次元受光素子（ラインセンサ）８９からなる。ここで、一次元受光素子８９と角膜Ｅｃは、レンズ３２に関して略共役な位置に配置される。
【００３０】
光源８６から出射された赤外光は、集光レンズ８７を介してピンホール板８８を照明する。そして、ピンホール板８８の開口を通過した光は、レンズ２０を介して角膜Ｅｃに投光される。そして、その角膜反射光は、レンズ３２、ダイクロイックミラー３４を介して受光素子８９にて受光される。
【００３１】
受光素子８９の出力は制御部９０に接続され、眼Ｅに対するＺアライメント検出に利用される。ここで、受光素子８９上に受光されるアライメント光束は、Ｚ方向における撮影部４と眼Ｅとの位置関係によって受光位置が変化される。例えば、制御部９０は、受光素子８９からの検出信号において角膜反射光の位置を検出し、Ｚ方向のアライメント状態を検出する。なお、受光素子８９を用いたアライメント検出は、眼Ｅに対する精密なアライメントのために利用される。
【００３２】
制御部９０は、装置全体の制御を行う。そして、制御部９０には、回転ノブ５ａ、スタートスイッチ５ｂ、ＸＹＺ駆動部６、二次元撮像素子４４、８４、各光源、記憶手段としてのメモリ９２、モニタ９５、が接続されている。
【００３３】
例えば、制御部９０は、モニタ９５の表示を制御する。また、制御部９０は、アライメント指標の受光結果に基づいてＸＹＺ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態を検出する。そして、制御部９０は、その検出結果に基づいて撮影部４の移動を指令する信号を出力する。また、制御部９０は、受光素子８９の受光結果に基づいて眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向のアライメント状態を検出する。
【００３４】
以上のような構成を備える装置において、その動作について説明する。装置１００では、ＸＹＺアライメントを行った後、撮像部４を前進させながら内皮細胞を連続的に複数枚撮影する。以下、各動作について詳細に説明する。
＜ＸＹＺアライメント＞
図４Ａ，Ｂは角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、図４Ａはアライメントずれがある場合の表示例であり、図４Ｂはアライメントが適正な状態における表示例である。
この場合、光源７１が点灯され、眼Ｅの固視方向が正面に誘導される。まず、検者は、被検者に固視標を注視させる。また、モニタ９５に表示された前眼部像を観察しながら、眼Ｅに対する撮影部４のアライメントを行う。
【００３５】
上記のようにしてラフなアライメント（指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０がモニタ９５に表示されるまでの検者による手動のアライメント）が行われると、図４Ａに示すように、拡散光による角膜指標像が撮像素子６４の受光面に検出される。制御部９０は、画像の左上の座標位置から、画面の右下に向かって輝点を探索する。そして、指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０が検出されるようになると、制御部９０は、検出された輝点の位置を検出する。
【００３６】
そして、制御部９０は、指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０からなる矩形の中心位置を略角膜頂点として検出し、ＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれ方向／偏位量を検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲（例えば、指標ｉ１０が検出される範囲）に入るように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。これにより、広範囲での自動アライメントが可能となる。
【００３７】
以上のようにして撮影部４が移動され、指標ｉ１０が検出されると、制御部９０は、上記指標ｉ４０〜ｉ７０によるアライメントを終了し、指標ｉ１０を用いたアライメントを行う。ここで、制御部９０は、指標ｉ１０と、指標ｉ４０〜ｉ７０とをその位置関係から判別する。
【００３８】
そして、制御部９０は、指標ｉ１０の座標位置を略角膜頂点として検出し、ＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれ方向／偏位量を検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲内に入る（例えば、指標ｉ１０がレチクルＬＴ内に位置する）ように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。
【００３９】
また、上記のようにして指標ｉ１０が検出されるようになると、同様に、無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０が検出される。そこで、制御部９０は、前述のように検出される無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０の間隔と有限遠の指標ｉ６０、ｉ７０の間隔とを比較することによりＺ方向のアライメントずれ方向／偏位量を求める（第１のアライメント検出）。そして、制御部９０は、Ｚ方向の眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれが所定のアライメント許容範囲（例えば、無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０の中心輝点と有限遠の指標ｉ６０、ｉ７０の中心輝点との差がプラスマイナス１ピクセル内（寸法として±０．１ｍｍ程度））に入るように撮影部４をＺ方向に移動させる（第１自動アライメント）。
【００４０】
この場合、制御部９０は、測定部３が作動距離方向にずれた場合に、前述の無限遠指標ｉ２０、ｉ３０の間隔がほとんど変化しないのに対して、有限遠の指標像ｉ６０、ｉ７０の像間隔が変化するという特性を利用して、Ｚ方向のアライメントずれを求める（詳しくは、特開平６−４６９９９号参照）。なお、指標像ｉ６０、ｉ７０の代わりに、指標像ｉ４０、ｉ５０が利用されてもよい。また、光軸Ｌ１からの指標の距離（指標高さ）に基づいてＺアライメントが検出されてもよい。
【００４１】
そして、制御部９０は、第１のＺアライメント検出においてアライメント状態が適正と判定されると、第１自動アライメントの作動を停止し、検出光学系８５を用いた第２のＺアライメント検出及びその検出結果に基づく第２の自動アライメントを作動させる。
【００４２】
制御部９０は、光源８６を点灯させアライメント光束を角膜Ｅｃに投光する（光源８６を予め点灯させていてもよい）と共に、その角膜反射光束を受光素子８９にて検出する。そして、制御部９０は、受光素子８９からの受光結果に基づいて駆動部６の駆動を制御し、撮影部４をＺ方向に移動させる。
【００４３】
例えば、制御部９０は、受光素子８９から出力される受光信号に基づいて角膜上皮からの反射光束に対応するピークＰを検出し、受光素子８９上における上皮ピークの位置Ｐｚを検出する（図５参照）。そして、制御部９０は、上皮からの反射光束による受光信号のピークが受光素子８９上の所定位置（例えば、中心位置）にくるように駆動部６を駆動させる。
【００４４】
前述したアライメント動作によって、ＸＹＺ方向のアライメント状態がアライメント完了の条件を満たしたら、制御部９０は、ＸＹＺ方向のアライメントが合致したと判定し、トリガ信号を発する。
【００４５】
＜内皮細胞の撮影＞
制御部９０は、トリガ信号が発せられると、照明光源１２を連続的に点灯させ、可視照明光による角膜内皮細胞像を二次元撮像素子４４にて取得する。このとき、制御部９０は、上皮反射光が検出され、内皮反射光が検出されない程度の光量にて光源１２を発光させるのが好ましい。その後、制御部９０は、光源１２を点灯させると共に、駆動部６の駆動を制御して、撮影部４を眼Ｅに向かって前進させていく。この撮影部４のＺ方向への移動中において、制御部９０は、ＸＹ方向における自動アライメントの作動（撮像素子８４を用いた追尾制御）を継続する。
制御部９０は、撮像素子４４からの出力画像を検出し、検出結果に基づいて光源１２及び駆動部６を制御する。図６は撮像素子４４からの出力画像に基づいて角膜画像の受光状態を判定する際の一例を示す図である。図６において、中央の白い矩形領域は、撮像素子４４より前方に配置されたマスク３５の開口部に対応し、左右の黒いハッチングは、マスク３５の遮光部に対応する。
【００４６】
例えば、制御部９０は、角膜画像の受光状態を検出するため、角膜の厚み方向（図６のＺ方向）に対して直交方向に延びる第１検出領域Ｌｃ１と、第２検出領域Ｌｃ２を設定する。第１検出領域Ｌｃ１は上皮反射光の受光状態を検出するために設定され、第２検出領域Ｌｃ２は内皮反射光の受光状態を検出するために設定されている。制御部９０は、第１検出領域Ｌｃ１内の各画素の輝度の合計値ＳＬＣ１を算出する。また、第２検出領域Ｌｃ２内の各画素の輝度の合計値ＳＬＣ２を算出する。
【００４７】
図７Ａ〜Ｃは、撮撮部４が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、図８Ａ，Ｂは、撮影部４が前進されるときの合計値ＳＬＣ１とＳＬＣ２の変化を時系列で表すグラフである。図８Ａは合計値ＳＬＣ１、図８Ｂは合計値ＳＬＣ２に対応する。
【００４８】
図７Ａは、ＸＹＺ方向のアライメントが完了されたときの図である。このとき、第１領域Ｌｃ１上に上皮反射光Ｅｐが受光された状態となる。このため、第１の合計値ＳＬＣ１は、上皮反射に対応する高い値が算出される（図８Ａ参照）。
【００４９】
そして、撮影部４が前進されると、上皮反射光Ｅｐは、図７Ａ〜Ｃの紙面の右方向へと移動される。そして、上皮反射光Ｅｐが検出領域Ｌｃ１を過ぎると、合計値ＳＬＣ１が大きく減少する（図７Ｂ、図８Ａの傾斜Ａ参照）。そして、制御部９０は、所定の閾値Ｓ１より合計値ＳＬＣ１が下回ったとき、撮像素子４４からの出力画像において内皮画像が現出される程度まで光源１２の光量を増加させる。これにより、内皮反射光Ｅｎが撮像素子４４によって検出可能となる。
【００５０】
光源１２の光量増加後、制御部９０は、撮影部４の前進動作を継続させ、撮像素子４４から連続的に出力される画像を随時メモリ９２に記憶させていく。二次元撮像素子４４は、そのフレームレートに合わせて撮像信号を随時制御部９０に出力する。これにより、内皮の撮像画像が１〜２秒間に複数（例えば、３０〜４０枚程度）取得される。そして、制御部９０は、出力画像の内、ある条件（例えば、内皮細胞像が適正に取得されている）を満たす画像を静止画としてメモリ９２に記憶させる。これにより、内皮細胞像が撮影される。この場合、制御部９０は、予め設定された所定枚数をメモリ９２に記憶するようにしてもよい。そして、制御部９０は、メモリ９２に記憶された撮影画像をモニタ９５に出力する。
【００５１】
撮影部４が前進されると、内皮反射光Ｅｎは、画像中の右方向へと移動される（図７Ａ〜Ｃ参照）。そして、内皮反射光Ｅｎが第２検出領域Ｌｃ２に達すると、合計値ＳＬＣ２が上昇する（図８Ｂの傾斜Ｂ参照）。そして、第２検出領域Ｌｃ２上で内皮反射光Ｅｎが受光されている間は、高い値が位置される。さらに、撮影部４が前進され、内皮反射光Ｅｎが検出領域Ｌｃ２を過ぎると、合計値ＳＬＣ２は、大きく減少する（図７Ｃ、図８Ｂの傾斜Ｃ参照）。制御部９０は、所定の閾値Ｓ２より合計値が下回ったとき、光源１２を減光（消灯を含む）すると共に、駆動部６の駆動を停止させ、撮影部４の前進動作を停止させる。
【００５２】
なお、光源１２を連続的に発光させる手法としては、光源１２を常時点灯させる手法の他、光源１２を連続的に点滅させる手法が含まれる。光源１２を連続的に点滅させる場合、例えば、制御部９０は、撮影部４の移動中に複数枚の内皮画像を取得できるように点滅される。また、光源１２は、二次元撮像素子４４のフレームレートに同期して連続的に点滅されてもよい。例えば、一枚の撮像時間が３０ｍｓの場合、画像の取得開始から数ｍｓの間、光源１２が点灯され、その後、消灯される。そして、次の画像の取得が開始されると、光源１２が点灯される。すなわち、このような点滅動作が繰り返される。
【００５３】
なお、これらに限定されず、制御部９０は、撮像素子４４によって複数の内皮画像が得られるように、光源１２を複数回発光させる制御（もちろん連続的発光も含む）であればよい。
【００５４】
＜合焦位置が異なる複数の撮像画像に基づく連結画像の生成＞
概して、制御部９０は、撮像素子４４により取得された複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像を接合した合成画像を取得する（図９〜図１２参照）。
【００５５】
フォーカス位置が異なる複数の撮像画像は、例えば、前述のように、Ｚ方向に関して装置と眼Ｅとの距離を変化させながら内皮の撮像画像を連続的に取得することによって得られ、各撮像画像はメモリ９５に画像データとして記憶される。
【００５６】
図９は、複数の撮像画像の一例であり、４枚の撮像画像からなる。各撮像画像を形成するフレームを水平方向に関して４等分した場合、これら４枚の撮像画像は、それぞれ異なる領域１０１〜１０４にピント（フォーカス）が合った内皮画像を持つ。
【００５７】
各撮像画像と眼Ｅの内皮に対する装置の合焦位置との関係について説明する。図９（ａ）の第１画像は、眼Ｅの角膜内皮に対して装置が遠い位置で取得された画像である。図９（ｂ）の第２画像は、眼Ｅの角膜内皮が装置の合焦位置に置かれた状態（合焦状態）で取得された画像である。図９（ｃ）の第３画像は、眼Ｅの角膜内皮に対して装置が近い位置で取得された画像である。図９（ｄ）の第４画像は、第３画像よりさらに、眼Ｅの角膜内皮に対して装置が近い位置で取得された画像である。
【００５８】
図９（ａ）の第１画像に関して、ピントが合った内皮画像が、最も左側にある領域（第１領域）１０１に形成されている。図９（ｂ）の第２画像に関して、ピントが合った内皮画像が、左から２番目の領域（第２領域）１０２に形成されている。図９（ｃ）の第３画像に関して、ピントが合った内皮画像が、左から３番目の領域（第３領域）１０３に形成されている。図９（ｄ）の第４画像に関して、ピントが合った内皮画像が、左から４番目の領域（第４領域）１０４に形成されている。図９からも分かるように、ピントが合っている画像領域の水平位置が異なれば、その画像領域における細胞群は、画像上の水平方向（短手方向）に関して内皮上における撮像位置が異なる。
【００５９】
なお、装置の合焦位置とは、投光系（照明光学系１０）と受光系（撮像光学系３０）との交点位置を意味し、通常、交点上に内皮が置かれたときが、眼Ｅの内皮と装置が合焦状態であるとして表現される。この点からすれば、各撮像画像は、それぞれ焦点が合っている領域を持つが、図９（ｂ）の画像が、合焦位置（合焦状態）にて取得された画像であり、図９（ａ）、（ｃ）、（ｄ）は合焦位置（合焦状態）から外れた位置で取得された画像として区別される。
【００６０】
図１０は、フォーカス位置が異なる複数の撮像画像に基づいて連結画像を生成するための画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１１は、連結画像を取得するための画像処理について説明する概念図である。
【００６１】
ステップ１では、連結画像の生成に用いる画像を選択するため、制御部９０は、メモリ９５に記憶された画像データにおいて、互いにフォーカス位置が異なる複数の撮像画像（例えば、前述の第１画像〜第４画像参照）を選択する。
【００６２】
ステップ２では、制御部９０は、ステップ１にて選択された各撮像画像において、ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を切り出す。この場合、制御部９０は、ピントが合った部分を切り出せるように、撮像画像毎に、撮像画像の一部を生成する部分画像に対応する切り出し範囲を変更する。例えば、制御部９０は、第１画像から第１領域１０１を形成する部分画像Ｐ１を切り出し、第２画像から第２領域１０２を形成する部分画像Ｐ２を切り出し、第３画像から第３領域１０３を形成する部分画像Ｐ３を切り出し、第４画像から第４領域１０４を形成する部分画像Ｐ４を切り出す。メモリ９５には、撮像画像毎の部分画像の切り出し範囲が記憶される。制御部９０は、メモリ９５に記憶された切り出し範囲に基づいて部分画像を撮影画像毎に切り出す。
【００６３】
本実施形態の装置は、被検者眼角膜からの反射光を撮像素子４４又は他の受光素子（受光素子８９）によって受光し、その素子から出力される受光信号に基づいて眼Ｅの角膜内皮に対する撮像光学系３０のフォーカス位置を撮像画像毎に取得する。そして、制御部９０は、取得された撮像画像毎のフォーカス位置に基づいて、部分画像に対応する切り出し範囲を撮像画像毎に変更する。
【００６４】
例えば、眼Ｅの角膜内皮に対する撮像光学系３０のフォーカス位置と、撮像画像におけるピントが合った部分画像の形成位置とは、一定の関係にある。そして、撮像画像に関する前述の撮像光学系３０のフォーカス位置は、撮像画像における水平方向（短手方向）における内皮画像の取得位置によって求められる。例えば、撮像画像の水平方向に関して、内皮反射による所定の輝度を持った画像領域の形成位置を求めることによりフォーカス位置が取得される。そこで、上記一定の関係を実験又はシミュレーションなどによって予め求めておき、内皮画像の取得位置に応じて切り出し範囲が設定されることによって、ピントが合った部分画像がスムーズに切り出される。メモリ９５は、内皮画像の取得位置と切り出し範囲との関係を記憶する。
【００６５】
もちろん、これに限定されず、眼Ｅの角膜内皮に対する撮像光学系３０のフォーカス位置は、一次元受光素子８９からの受光信号に基づいて取得される。例えば、一次元受光素子８９における内皮の受光位置が利用される。この場合、撮像画像毎に、一次元受光素子８９における内皮信号の受光位置を記憶させておき、内皮信号の位置と、撮像画像におけるピントが合った部分画像の形成位置との関係を利用して、切り出し範囲を変更するようにしてもよい。メモリ９５は、内皮の受光位置と、切り出し範囲との関係を記憶する。
【００６６】
ステップ３では、制御部９０は、ステップ２にて切り出された各部分画像を接合した連結画像を取得する。なお、部分画像を接合する場合、隣接する部分画像を滑らかに連結する技術を適用してもよい。例えば、制御部９０は、隣接する部分画像間において、接合部分における輝度差が減少されるように、部分画像の輝度を調整するようにしてもよい。
【００６７】
次に、連結画像を取得するための画像処理について説明する。制御部９０は、連結画像を取得するためのテンプレート画像ＴＰを得る。テンプレート画像ＴＰのフレームは、水平方向に関して４等分されており、領域１０１、領域１０２、領域１０３、領域１０４に区分けされている。フレーム内における各画像領域の画素位置については、テンプレート画像に予め付与されている。
【００６８】
制御部９０は、ステップ２にて切り出された部分画像Ｐ１〜Ｐ４の画像データを、テンプレート画像ＴＰを形成する画像領域１０１〜１０４に貼り付ける。具体的には、制御部９０は、部分画像Ｐ１の画像データを、画像領域１０１に貼り付ける。同様に、制御部９０は、部分画像Ｐ２をテンプレート画像ＴＰの領域１０２、部分画像Ｐ３をテンプレート画像ＴＰの領域１０３、部分画像Ｐ４をテンプレート画像ＴＰの領域１０４に貼り付ける。これにより、各撮像画像において良好に撮像された部位の画像が合成された合成画像が取得される。
【００６９】
図１２は、連結画像の一例を示す図である。ステップ４では、制御部９０は、上記処理によって得られた連結画像をモニタ９５上に表示する。ステップ５では、制御部９０は、取得された連結画像を画像処理によって解析する。例えば、制御部９０は、単位面積当たりの細胞数（細胞密度）、細胞のサイズ、サイズのバラツキ、六角形細胞の数の少なくともいずれかを算出する。これらの算出結果は、モニタ９５上に表示される。
【００７０】
上記のように取得された一枚の連結画像について、内皮画像の周辺部での輝度／解像力の低下が抑制されており、広範囲に亘って良好に撮像された内皮画像が形成される。これにより、広範囲に亘って適正な解析が可能となるため、内皮細胞の解析をより良好に行うことが可能となる。
【００７１】
なお、上記実施形態においては、互いに隣接する部分画像同士を直線的に連結させる構成としたが、これに限定されない。例えば、制御部９０は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるように合成処理を行うようにしてもよい
例えば、各部分画像における細胞間隙（細胞境界）をトレースして、トレースのラインに従って切り出し、隣接する部分画像を連結するようにしてもよい。この場合、隣接する２つの部分画像が，撮像部位として互いに重複する画像領域を持つように、撮像画像から部分画像が切り出される。そして、制御部９０は、部分画像の細胞間隙を画像処理（例えば、エッジ検出処理）により抽出する。制御部９０は、抽出された細胞間隙の内、隣接する部分画像に関して互いに重複する細胞間隙を画像間の境界として区分けする。そして、制御部９０は、区分けされた境界をベースとして互いに隣接する２つの部分画像を連結させる（図１３参照）。
【００７２】
また、制御部９０は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるようにマッチング処理を行うようにしてもよい。例えば、制御部９０は、第１の部分画像と、第１の部分画像に隣接する第２の部分画像との相対位置をずらしながら、相関値を求める。そして、制御部９０は、その相関値が最大となる位置にて第１の部分画像に対して第２の部分画像を重ね合わせる処理を行うことにより２つの部分画像を連結させる。マッチング処理の手法としては、各種相関関数を用いる方法、フーリエ変換を利用する方法、特徴点のマッチングに基づく方法等が考えられる。
【００７３】
なお、本実施形態において、各画像の切出し範囲を設定する場合、制御部９０は、撮像画像に基づいて、各画像における画像が良質な画像領域を画像処理により判断し、その判断結果に基づいて切出範囲を設定するようにしてもよい。例えば、制御部９０は、撮像画像の各水平位置ｉにおける垂直方向のエッジの数を画像処理により算出する。そして、撮像画像において、エッジの数が多く算出された領域を切出し範囲として用いるようなことが考えられる。なお、エッジの数が多いほど、フォーカスが合っており、コントラストが高い傾向となるため、これらの傾向が高い画像領域を部分画像として利用できる。また、連結画像の生成に用いる撮像画像は、検者が選択する構成であってもよい。また、検者が、切り出す範囲を任意に設定できる構成であってもよい。
【００７４】
なお、上記実施形態においては、フォーカス位置が異なる４枚の撮像画像を用いて連結画像を得る例を説明したが、これに限定されない。本装置は、フォーカス位置が異なる２枚以上の撮像画像に基づいて連結画像を取得する。なお、連結画像の生成に利用される撮像画像の数は、光学系の性能、上記連続撮影における撮影間隔、等によって適宜選択される。なお、各撮像画像は、例えば、少なくとも内皮細胞単位で合焦位置が異なっており、かつ、画像全体に亘ってピントが合った画像を取得しうる複数の撮像画像が選択される。
【００７５】
なお、本実施形態においては、制御部９０は、画像処理器、画像解析器として機能する制御器（例えば、ＣＰＵ）として用いられる。
【００７６】
なお、本実施形態において、制御部９０は、連結画像に基づいて被検眼の角膜内皮細胞を解析し、形跡結果をモニタ９５に表示する。例えば、制御部９０は、撮像画像を形成する部分画像において内皮細胞の密度、細胞のサイズ、サイズのバラツキ、六角形細胞の数の少なくともいずれかを算出し、算出結果を表示する。制御部９０は、算出結果と共に、算出に用いた撮像画像をモニタ９５に表示する。そして、制御部９０は、撮像画像に対し、算出に用いた部分画像に対応する画像領域を示すグラフィック（例えば、色付け、ラインで囲む、など）を加えて表示する。
【００７７】
なお、上記実施形態においては、撮影部４を前進させながら内皮を連続的に取得する構成としたが、撮影部４を眼Ｅに対して後退させながら内皮を連続的に取得する構成であっても、本実施形態の装置の技術の適用は可能である。
【００７８】
なお、実施形態に関して、上記に示した例に限定されるものではなく、当業者の設計思想の範囲内において種々の変容が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施形態に係る角膜内皮細胞撮影装置の外観側方構成図である。
【図２】撮影部に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。
【図３】第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。
【図４Ａ】角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、アライメントずれがある場合の表示例である。
【図４Ｂ】角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、アライメントが適正な状態における表示例である。
【図５】精密なアライメント検出の一例を示す図である。
【図６】撮像素子からの出力画像に基づいて角膜画像の受光状態を判定する際の一例を示す図である。
【図７Ａ】撮影部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、ＸＹＺ方向のアライメントが完了されたときの図である。
【図７Ｂ】撮影部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、上皮反射光が移動された後の図である。
【図７Ｃ】撮影部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、内皮反射光が所定の検出領域を過ぎたときの図である。
【図８Ａ】撮影部が前進されるときの合計値ＳＬＣ１の変化を時系列で表すグラフである。
【図８Ｂ】撮影部が前進されるときの合計値ＳＬＣ２の変化を時系列で表すグラフである。
【図９】複数の撮像画像の一例であり、４枚の撮像画像からなる。
【図１０】フォーカス位置が異なる複数の撮像画像に基づいて連結画像を生成するための画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】連結画像を取得するための画像処理について説明する概念図である。
【図１２】連結画像の一例を示す図である。
【図１３】区分けされた境界をベースとして互いに隣接する２つの部分画像を連結させる手法の一例を示す図である。
【図１４】合焦位置付近で取得された内皮画像を示す図である。
【図１５Ａ】合焦位置が内皮にあるときの図である。
【図１５Ｂ】内皮が装置に対して遠いときの図である。
【図１５Ｃ】内皮が装置に対して近い位置の図である。
【符号の説明】
【００８０】
４ 撮影部（装置本体）
６ 駆動部
１０ 照明光学系
１２ 照明光源
３０ 撮像光学系
６０ａ，６０ｂ 第１投影光学系
６５ａ〜６５ｄ 第２投影光学系
８０ 前眼部観察光学系
８５ Ｚアライメント検出光学系
８５ａ 投光光学系
８５ｂ 受光光学系
９０ 制御部
９２ メモリ
９５ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、
被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段と、
前記駆動手段の駆動を制御して、角膜上の撮像部位に対して前記装置本体をアライメントした後、前記装置本体を前後方向に移動させ、前記装置本体の移動中に前記照明光源を複数回発光させて，フォーカス位置が異なる複数の撮像画像を前記撮像素子により取得する撮影制御手段と、
前記撮像素子により取得された前記複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像に基づいて合成画像を取得する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、部分画像に対応する切り出し範囲を撮像画像毎に変更する請求項１の角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項３】
被検者眼の角膜内皮に対する前記撮像光学系のフォーカス位置を撮像画像毎に取得するフォーカス位置取得手段を備え、
前記画像処理手段は、フォーカス位置取得手段によって取得された撮像画像毎のフォーカス位置に基づいて、前記切り出し範囲を撮像画像毎に変更する請求項１〜２の角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項４】
前記画像処理手段は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるように合成処理を行う請求項１〜３のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項５】
前記画像処理手段は、前記合成画像をモニタに表示する請求項１〜４のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項６】
前記合成画像に基づいて被検眼の角膜内皮細胞を解析する解析手段を備える請求項１〜５のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項７】
撮像画像毎の部分画像の切り出し範囲を記憶する記憶手段を有し、
前記画像処理手段は、記憶手段に記憶された前記切り出し範囲に基づいて前記部分画像を撮影画像毎に切り出す請求項１〜６のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項１】
照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、
被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段と、
前記駆動手段の駆動を制御して、角膜上の撮像部位に対して前記装置本体をアライメントした後、前記装置本体を前後方向に移動させ、前記装置本体の移動中に前記照明光源を複数回発光させて，フォーカス位置が異なる複数の撮像画像を前記撮像素子により取得する撮影制御手段と、
前記撮像素子により取得された前記複数の撮像画像において，ピントが合っている画像領域を形成する部分画像を撮像画像毎に切り出し、切り出された各部分画像に基づいて合成画像を取得する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、部分画像に対応する切り出し範囲を撮像画像毎に変更する請求項１の角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項３】
被検者眼の角膜内皮に対する前記撮像光学系のフォーカス位置を撮像画像毎に取得するフォーカス位置取得手段を備え、
前記画像処理手段は、フォーカス位置取得手段によって取得された撮像画像毎のフォーカス位置に基づいて、前記切り出し範囲を撮像画像毎に変更する請求項１〜２の角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項４】
前記画像処理手段は、互いに隣接する２つの部分画像に関して、内皮組織として連続性が維持されるように合成処理を行う請求項１〜３のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項５】
前記画像処理手段は、前記合成画像をモニタに表示する請求項１〜４のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項６】
前記合成画像に基づいて被検眼の角膜内皮細胞を解析する解析手段を備える請求項１〜５のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【請求項７】
撮像画像毎の部分画像の切り出し範囲を記憶する記憶手段を有し、
前記画像処理手段は、記憶手段に記憶された前記切り出し範囲に基づいて前記部分画像を撮影画像毎に切り出す請求項１〜６のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【公開番号】特開２０１３−７４９８６（Ｐ２０１３−７４９８６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６１６７（Ｐ２０１１−２１６１６７）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００１３５１８４）株式会社ニデック (745)
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００１３５１８４）株式会社ニデック (745)
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