JP2016016123A

JP2016016123A - 細隙灯顕微鏡

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Publication number: JP2016016123A
Application number: JP2014140785A
Authority: JP
Inventors: 泰輝横須賀; Yasuteru Yokosuka
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: JP6507503B2

Abstract

【課題】良好な観察性能と装置の小型化を両立しやすい光学構成を有する細隙灯顕微鏡を提供する。
【解決手段】スリットランプは、スリット状に整形された照明光を被検者眼Ｅに投光する照明光学系６０ａと、該照明光学系６０ａからの照明光によって照明される被検者眼Ｅを観察する観察光学系７０ａと、を備えている。また、照明光学系６０ａは、コリメートレンズ６５および結像レンズ６６として、３枚のレンズが接合されたトリプレットレンズを有している。照明光学系６０ａは、これらのトリプレットレンズを介して被検者眼の部位にて照明光を結像させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検者眼を観察又は撮影する細隙灯顕微鏡に関する。

眼科の診察では、被検者眼にスリット状に整形された照明光を投光し、照明された部位を観察又は撮影する細隙灯顕微鏡（スリットランプ）が使用されている。

特許文献１には、スリット状の照明光をダブレットレンズを用いて被検者眼の観察部位に結像させる光学系が開示されている。

実公平４−１８５７３号公報

細隙灯顕微鏡では、スリット状の照明光の境界が鮮明であるほど、被検者眼が良好に観察される。しかし、レンズから像面までのワーキングディスタンスを確保しつつ、照明光を投光する光学系の全長を短くするためには、開口数の大きなレンズが必要となる。一方で、レンズの開口数が大きい場合ほど、収差補正が難しくなる。

例えば、本件の発明者は、従来のダブレットレンズを用いた光学系を採用して装置の設計を試みたが、装置サイズに対する観察性能を一定の水準を超えて満足することは容易ではなかった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、良好な観察性能と装置の小型化を両立しやすい光学構成を有する細隙灯顕微鏡を提供することを目的とするものである。

本発明の第１態様に係る細隙灯顕微鏡は、スリット状に整形された照明光を被検者眼に投光する照明光学系と、該照明光学系からの照明光によって照明される被検者眼を観察する観察光学系と、を備える細隙灯顕微鏡において、前記照明光学系は、３枚のレンズが接合されたトリプレットレンズを有し、スリット状に整形された前記照明光を前記トリプレットレンズを介して被検者眼の部位にて結像させる。

本発明によれば、良好な観察性能と装置の小型化を両立しやすい。

スリットランプの外観を示した図である。スリットランプの光学系を示した図である。コリメートレンズおよび結像レンズに使用されるトリプレットレンズを示した図である。ダブレットレンズを説明する図である。一実施例における照明光学系６００、および比較例における照明光学系８００についての、光線追跡を用いたシミュレーションによって求めた収差係数を示した表である。（ａ）は、シミュレーションにおける照明光学系６００の光学配置を示し、（ｂ）は、シミュレーションにおける照明光学系８００の光学配置を示す。（ａ）は、図６（ａ）の像面における通過光線の座標分布を示すスポットダイアグラムであり、（ｂ）は、図６（ｂ）の像面における通過光線の座標分布を示すスポットダイアグラムである。

以下、図面を参照して、本発明の典型的な実施形態を説明する。初めに、図１を参照して、本実施形態に係る細隙灯顕微鏡（以下、スリットランプと記す）の概略構成を説明する。

本実施形態のスリットランプ１００は、顔支持ユニット１００ａと、本体１００ｂと、を有する。顔支持ユニット１００ａは、額当て１１と、顎台１２と、を有する。顔支持ユニット１００ａは、２本の支柱１３を介してテーブル１に固定されている。

本体１００ｂは、固定部２００ａと、可動部２００ｂと、を有する。固定部２００ａは、テーブル１の上に設置されている。また、固定部２００ａは、可動部２００ｂを支持する。固定部２００ａには、ベース２１、筐体２１ａ、および、ジョイスティック２２が設けられている。また、筐体２１ａの内部には、上下移動機構４０を有する（図２参照）。

ベース２１は、テーブル１に固定されている。筐体２１ａは、ジョイスティック２２の操作（より詳細には、水平方向へのスライド操作）に応じてベース２１に対してスライド可能に設けられている。ジョイスティック２２は、グリップ２２ａと、スイッチ２２ｂと、を有する。本実施形態において、グリップ２２ａの回転操作に基づいて、上下移動機構４０が駆動される。その結果として、筐体２１ａは、グリップ２２ａの操作量に応じて上下方向に移動される。スイッチ２２ｂは、撮影（画像取得）のトリガ信号を入力するために使用される。

可動部２００ｂには、照明ユニット６０、および顕微鏡ユニット（観察・撮影ユニット）７０が設けられている。また、可動部２００ｂは、ベースシャフト２３、アーム２４、およびアーム２５を備える。本実施形態において、可動部２００ｂは、筐体２１ａの上下移動によって、上下方向の位置を調節可能である。

照明ユニット６０は、被検者眼Ｅの観察部位を照明する。本実施形態の照明ユニット６０は、後述の照明光学系６０ａを有する。

顕微鏡ユニット７０は、被検者眼Ｅの観察に使用される。顕微鏡ユニット７０は、被検者眼Ｅの観察部位にて反射された反射像を検者眼Ｆ（図２参照）に導く。また、本実施形態の顕微鏡ユニット７０は、被検者眼Ｅを撮影する。本実施形態の顕微鏡ユニット７０は、後述の観察光学系７０ａ、および撮影光学系８０ａを有する。

また、ベースシャフト２３は、ベース２１に対して略鉛直に延びた軸部材である。ベースシャフト２３には、アーム２４，２５が連結される。アーム２４は、照明ユニット６０を支持する。また、アーム２５は、顕微鏡ユニット７０を支持する。本実施形態において、アーム２４およびアーム２５は、ベースシャフト２３の中心軸Ｂを中心として、個々に回転可能に支持される。故に、照明ユニット６０および顕微鏡ユニット７０は、中心軸Ｂを中心に個別に回転可能である。

次に、図２を参照して、スリットランプ１００の光学系について説明する。前述したように、スリットランプ１００は、照明光学系６０ａ、および観察光学系７０ａを備えている。また、本実施形態のスリットランプ１００は、更に、撮影光学系８０ａを備えている。

照明光学系６０ａは、スリット状に整形された照明光を被検者眼Ｅに投光するために使用される。本実施形態の照明光学系６０ａは、光源６１（例えば、可視光源）、コンデンサレンズ６２、可変アパーチャ６３（以下、「アパーチャ６３」と省略する）、可変スリット６４（以下、「スリット６４」と省略する）、コリメートレンズ６５、結像レンズ６６、および、プリズムミラー６７を備える。光源６１から出射された照明光は、コンデンサレンズ６２を透過してアパーチャ６３及びスリット６４に照射される。照明光は、アパーチャ６３及びスリット６４によって、スリット状に整形される。なお、スリット状に整形された光束断面の高さ（即ち、光束断面の短辺の長さ）は、スリット６４によって決定される。また、光束断面の幅（即ち、光束断面の長辺の長さ）は、アパーチャ６３によって決定される。

アパーチャ６３及びスリット６４を通過した光は、コリメートレンズ６５によってコリメートされる。コリメートされた光は、結像レンズ６６を透過して、プリズムミラー６６で反射され、被検者眼Ｅに投光される。このとき、被検者眼Ｅは、コリメートレンズ６５および結像レンズ６６に関してスリット６４と共役関係にあるので、照明光は、被検者眼Ｅにて、スリット状に整形された状態で結像する。つまり、被検眼Ｅにて、スリット像が結像される。

図２に示すように、本実施形態において、コリメートレンズ６５、および結像レンズ６６は、いずれも三枚のレンズを接合した（つまり、張り合わせた）トリプレットレンズである。本実施形態において、コリメートレンズ６５および結像レンズ６６には、等しい光学特性を持つトリプレットレンズＴが使用される。より具体的には、トリプレットレンズＴを形成する３枚のレンズの屈折率、レンズの厚み、および曲率半径の組み合わせが、コリメートレンズ６５と結像レンズ６６とで等しい。このように、照明光学系６０ａは、設計が簡単化されている。また、その結果として、スリット６４からコリメートレンズ６５までの光路長と、結像レンズ６６から像面（つまり、被検者眼Ｅの観察部位）までの光路長とが等しくなる。なお、本実施形態において、コリメートレンズ６５は、光軸Ｌ１に対するレンズの前後の向きが、結像レンズ６６とは逆向きに配置されている。言い換えれば、コリメートレンズ６５および結像レンズ６６は、背中合わせで配置されている。その結果として、一部の収差が打ち消されている。

コリメートレンズ６５、および結像レンズ６６として使用されるトリプレットレンズＴについての更なる詳細構成については、図３を参照して後述する。

次に、観察光学系７０ａについて説明する。図２に示すように、観察光学系７０ａは、対物レンズ７１、変倍光学系７２、ハーフミラー７３、結像レンズ７４、正立プリズム７５、視野絞り７６、および、接眼レンズ７７を持つ。被検者眼Ｅの観察部位で反射された照明光（つまり、スリット像）は、対物レンズ７１、および変倍光学系７２を透過し、ハーフミラー７３へ照射される。ハーフミラー７３は、照明光の一部を透過し、他の一部を撮影光学系８０ａへ反射させる。ハーフミラー７３を透過した光は、結像レンズ７４を経て、正立プリズム７５で反射される。プリズム７５で反射された光は、視野絞り７６、接眼レンズ７７を透過して、検者眼Ｆに入射する。その結果として、検者は、被検者眼Ｅの観察部位をスリット像にて観察できる。

撮影光学系８０ａは、照明光学系６０ａからの照明光によって照明される被検者眼Ｅを撮影するために用いられる。撮影光学系８０ａは、被検者眼Ｅで反射された照明光を受光する撮像素子８２を少なくとも有する。撮像素子８２には、例えば、可視光に感度を持つＣＣＤが使用されてもよい。また、本実施形態の撮影光学系８０ａは、リレーレンズ８１を有する。リレーレンズ８１は、ハーフミラー７３で反射された照明光を、撮像素子８２へ中継する。その結果、撮像素子８２には、被検者眼Ｅで反射されることによって、被検者眼Ｅの組織が示されるスリット像が投影される。その結果、スリット像が投光された範囲の被検者眼Ｅの組織が、撮像素子８２によって撮影される。ここで、撮影に関する制御は、主に制御部８５によって行われる。

制御部８５は装置全体を制御するプロセッサ（例えば、ＣＰＵ）である。制御部８５には上述のグリップ２２ａ、スイッチ２２ｂ、上下駆動機構４０、メモリ８６，モニタ８７、等が接続される。制御部８５は、スイッチ２２ｂからの信号が入力された場合に、撮像素子８２から出力される撮像信号（撮影画像データ）を処理して、被検者眼Ｅの撮影画像を取得する。制御部８５は、取得した撮影画像を、メモリ８６に記憶する。また、撮影画像は、制御部８５によって、モニタ８７に表示される。

次に、本実施形態のスリットランプ１の特徴部分を詳細に説明する。

本発明者は、スリットランプの照明光学系をコンパクト化するために、光学系全長が短い照明光学系を検討した。しかし、光学系全長を短くするためには、スリットとコリメータレンズとの間隔、および結像レンズと被検眼Ｅとの間隔を狭める必要がある。その結果、コリメータレンズおよび結像レンズの開口数（ＮＡ）が大きくなってしまう。

ここで、レンズによって発生する収差には、開口数に応じて増加しやすいものがある。例えば、像への影響が大きい収差の典型例であるザイデルの五収差（つまり、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、および歪曲収差の５種類の収差）では、球面収差が開口数の３乗に比例し、コマ収差が開口数の２乗に比例し、非点収差および像面湾曲が、開口数の１乗にそれぞれ比例する。よって、照明光学系の光路長を短くすることによって、照明光学系によって被検眼に投影されるスリット像が、収差の影響を受けやすくなってしまう。つまり、スリット像の境界が不鮮明になりやすくなる。

スリットランプでは、スリット像の境界が不鮮明であると、被検眼の観察・診断が難しくなる場合がある。例えば、被検者眼Ｅの透光体（例えば、角膜、水晶体、硝子体等）が観察または撮影される場合において、スリット像の境界が不明確であると、観察範囲（又は撮影範囲）において、混濁、および透光体表面の傷、隆起等（以下、「混濁等」と省略する）が含まれているか否かを検者が正確に把握しづらい。

これに対して、本実施形態のスリットランプ１００は、スリット６４から被検者眼Ｅまでの間に配置されるコリメートレンズ６５、および結像レンズ６６のそれぞれを、三枚のレンズを接合したトリプレットレンズとした。

ここで、図３を参照して、コリメートレンズ６５、および結像レンズ６６として使用されるトリプレットレンズＴの詳細構成を説明する。トリプレットレンズＴは、第１レンズＴ１，第２レンズＴ２，第３レンズＴ３の三枚が接合されている。

図３において、ｎ１，ｎ２，ｎ３は、レンズＴ１，Ｔ２，Ｔ３の屈折力をそれぞれ示す。ｄ１，ｄ２，ｄ３は、レンズＴ１，Ｔ２，Ｔ３の厚さをそれぞれ示す。ｒ１は、レンズＴ１の前面（物体側面）の曲率半径であり、ｒ２は、レンズＴ１の後面（像側側面）およびレンズＴ２の前面の曲率半径であり、ｒ３は、レンズＴ２の後面およびレンズＴ３の前面の曲率半径であり、ｒ４は、レンズＴ３の後面の曲率半径である。また、Ｌ１は、トリプレットレンズＴ全体の後面（つまり、レンズＴ３の後面）から像平面までの距離である。

ここで、レンズの近軸光線に関する５種類のザイデル収差は、２本の近軸光線（物体近軸光線、瞳近軸光線）を計算し、特定のR,φ、tanωに対応する光線の横収差をべき級数に展開するときの３次の項の係数としてそれぞれ得られる。但し、R,φは光線が物体側主平面を切る点の極座標（R, φ）であり、半画角ωは物体側主平面の中心から物点高さを見込んだ角度である。

トリプレットレンズＴにおいては、ザイデル収差を示す係数は、上記１１個のパラメータ（つまり、ｎ１〜ｎ３、ｄ１〜ｄ３、ｒ１〜ｒ４，Ｌ１）と、スリット-レンズ間距離、レンズ-レンズ間距離、絞り位置から計算できる。ここで、スリット-レンズ間距離、レンズ-レンズ間距離、絞り位置は、光学系の形状（例えば、光学系全長）によってある程度決まってしまう。よって、光学系の設計において収差補正に使用できるパラメータは、上記の１１個である。

一方、ダブレットレンズＤを使ってトリプレットレンズＴの場合と同じ光学系を設計しようとすると、収差補正に使用できるパラメータは、８個（ｎ４, ｎ５、ｄ４，ｄ５、ｒ５〜ｒ７，Ｌ２）となる（図４参照）。ここで、ｎ４, ｎ５は、２枚のレンズＤ１，Ｄ２の屈折率である。ｄ４，ｄ５は、２枚のレンズＤ１，Ｄ２の厚さである。ｒ５，ｒ６、ｒ７は、レンズＤ１，Ｄ２の各面（前面および後面）の曲率半径である。Ｌ２は、像側のレンズ面から像平面までの距離である。

トリプレットレンズＴ、およびダブレットレンズＤにおいて、上記例示したパラメータは、いずれも、ソフトウェアを用いた光線追跡のシミュレーション等によって当業者が適宜選定可能である。上記の通り、トリプレットレンズＴにおいて、波面収差（例えば、各種のザイデル収差等）に対する収差補正能力は、ダブレットレンズＤと比べて多くの調節可能なパラメータを用いて定められる。トリプレットレンズＴは、ダブレットレンズＤと比べて調節可能なパラメータが多いため、ダブレットレンズＤでは補正困難な範囲において、各種の収差をバランスよく抑制可能である。

ここで、図５〜図７にて、トリプレットレンズＴを使用した照明光学系と、ダブレットレンズＤを使用した照明光学系との光線追跡法を用いたソフトウェアシミュレーションの結果を示す。

図５に示す表には、照明光学系６００，８００についてのスリット-コリメータレンズ間距離と、ザイデル収差の収差係数（つまり、スリットから出射した光がコリメートレンズおよび結像レンズによって集光される像面における収差係数）とを示している。照明光学系６００（図６（ａ）参照）は、照明光学系６０ａの一実施例である。照明光学系６００は、スリットとコリメータレンズとの間の距離が９５．００ｍｍ以下である（より詳細には、９２．００ｍｍである）。なお、前述したように、コリメートレンズおよび結像レンズには、光学パラメータが同じレンズが使用される。また、コリメートレンズおよび結像レンズに関してスリットと像面とは共役なので、結像レンズと、像面との間の距離も９２．００ｍｍである。

一方、照明光学系８００（図６（ｂ）参照）は、比較例であって、図６（ｂ）に示すように、コリメートレンズおよび結像レンズにダブレットレンズが使用される。照明光学系８００は、スリットとコリメータレンズとの間の距離を、照明光学系６００に対して長い１１７．０５ｍｍとしている。照明光学系８００において、結像レンズとコリメータレンズとには、同じ設計値のレンズが使用される。また、コリメートレンズおよび結像レンズに関してスリットと像面とは共役であるため、各々の光学系において、結像レンズと像面との間の距離は各々のスリットから像面までの距離に等しい。

図５に示すように、照明光学系６００は、照明光学系８００と比べて、一部の収差に関する収差係数が、より０に近くなっている（つまり、絶対値が小さくなっている）。例えば、タンジェンシャル非点収差の絶対値は、０．０４０以下であり、サジタル非点収差の絶対値は、０．０１９以下である。また、歪曲収差の絶対値は、０．０３０以下である。照明光学系６００において、タンジェンシャル非点収差の収差係数は、サジタル非点収差の収差係数の２倍以内となっている。また、歪曲収差の収差係数は、ペッツ・バール和の１／３以下となっている。なお、ペッツ・バール和およびペッツ・バール曲率和は、いずれも像面湾曲に関する数値である。

その結果として、図７のスポットダイアグラムにて示すように、像面における各像高での像の結像性能（つまり、集光度合）が、照明光学系６００では、照明光学系８００に対して改善される。従って、コリメートレンズおよび結像レンズにトリプレットレンズが採用される本実施形態の装置によれば、良好な観察性能と装置の小型化を実現することが可能となる。

本実施形態のスリットランプ１００は、アパーチャ６３およびスリット６４によってスリット状に整形された照明光を被検者眼Ｅの部位に結像させるために、トリプレットレンズＴ（より詳細には、コリメートレンズ６５、および結像レンズ６６）が使用される。このため、スリットランプ１００において、トリプレットレンズＴ３は、被検者眼Ｅの部位に投影される照明光の収差を決める要素であ、効果的な収差補正によって、照明光によって被検者眼Ｅの部位に形成されるスリット像が、シャープに形成されやすくなる。そのため、スリット像の範囲に存在する混濁等の有無が明確に表されやすくなる。その結果、被検者眼Ｅの観察および診断等が良好に行われやすくなる。

また、本実施形態では、他の光学部材から離して配置されるレンズの枚数を増やすのではなく、複数枚のレンズが接合されたトリプレットレンズＴを用いることによって（より詳細には、スリット６４を経た照明光をコリメートレンズ６５、および結像レンズ６６のみで集光することによって）、収差が抑制される。このため、スリットランプ１００では、照明光学系６０ａの全長の増大を回避しながら収差を良好に補正することが期待できる。

以上、実施形態に基づいて発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変形することができる。

例えば、上記実施形態では、照明光学系６０ａにトリプレットレンズＴ２枚配置する場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。照明光学系６０ａには、一つ以上のトリプレットレンズＴが配置されていればよい。

６０ａ照明光学系
７０ａ観察光学系
６５コリメートレンズ
６６結像レンズ
１００スリットランプ
Ｔトリプレットレンズ

Claims

スリット状に整形された照明光を被検者眼に投光する照明光学系と、
該照明光学系からの照明光によって照明される被検者眼を観察する観察光学系と、を備える細隙灯顕微鏡において、
前記照明光学系は、３枚のレンズが接合されたトリプレットレンズを有し、スリット状に整形された前記照明光を前記トリプレットレンズを介して被検者眼の部位にて結像させることを特徴とする細隙灯顕微鏡。
前記照明光学系は、前記照明光をコリメートするための第１トリプレットレンズと、前記第１トリプレットレンズを介してコリメートされた照明光を被検者眼の部位にて結像させるための第２トリプレットレンズと、を備えることを特徴とする細隙灯顕微鏡。
前記照明光学系は、スリット状に整形された前記照明光を前記第１トリプレットレンズおよび前記第２トリプレットレンズのみで集光することによって、前記被検者眼の部位に前記照明光を結像させることを特徴とする請求項２に記載の細隙灯顕微鏡。
前記第１トリプレットレンズおよび前記第２トリプレットレンズは、互いの光学特性が等しいことを特徴とする請求項２又は３に記載の細隙灯顕微鏡。
前記照明光学系は、前記スリットから前記第１トリプレットレンズまでの間隔、および前記第２トリプレットレンズから像面までの間隔が、いずれも９５．００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の細隙灯顕微鏡。