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JP3137375U - 瞳孔撮像装置 - Google Patents

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田 重 昭 園
施 政 好 布
島 淳 彦 飯
田 豊 平
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Abstract

【課題】
各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察できるようにする。
【解決手段】
左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル(2)内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源(3R、3L)と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系(4R、4L)が設けられ、刺激用光源(3R、3L)は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子(9)が内蔵されると共に、それぞれの瞳孔に対向する位置に配され、撮像光学系(4R、4L)は、刺激用光源(3R、3L)の照射光軸(Lx)上に配された可視光透過赤外光反射ミラー(13)を介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源(14)と、前記ミラー(13)を介して瞳孔を撮像する赤外線カメラ(15)を備えた。
【選択図】図1

Description

本考案は、光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置に関する。
瞳孔は光刺激により縮瞳又は散瞳する対光反応を示すが、最近の研究によれば、この対光反応が中枢神経はもとより脳神経、自律神経に関する情報を提供するだけでなく、対光反応経路と他の神経系との関連性や、大脳、小脳との関連性等に新たな知見を得ており、臨床面では、各種神経疾患の病態解明手段等として研究の範囲が拡げられている。
このため従来より、瞳孔を撮像しながら光刺激を与え、その光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置が提案され、得られた画像をコンピュータで画像解析することにより瞳孔径の変化を測定することが行われている。
そして、このような対光反応を観察する場合、瞳孔に光刺激以外の光が入るとその光も刺激となってしまうため、瞳孔撮像装置は、ヒト網膜に感受性のない赤外光を照明光として瞳孔を赤外線カメラで撮像しながら、光刺激となる可視光を照射するようにしている。
特開2005−143684号公報
この瞳孔撮像装置は、目を覆うマスクに瞳孔と対向させて赤外線CCDカメラを取り付け、その周囲に、照明光となる赤外線LEDを配し、また、瞳孔への光刺激が被験者の身体的個人差や相対的位置にかかわらず一定にすることができるように、発光面積(輝点)の大きな刺激用光源を設けている。
刺激用光源は、複数の可視光LEDをCCDカメラの周囲に環状配設し、これを環状光拡散板で覆った構成としている。
ところで、ヒト網膜の視細胞には、杆体と錐体の二種類があり、杆体は暗いところで色を識別せず明暗のみを識別するのに対し、錐体は明るいところで色を識別し視力機能の大半を担っている。
さらに、錐体には、400〜500nmの短波長域に感受性を示し、ピーク波長が約430nmのS錐体と、500〜600nmの中波長域に感受性を示し、ピーク波長が約530nmのM錐体と、550〜650nmの長波長域に感受性を示し、ピーク波長が約560nmのL錐体がり、それぞれBGRの三原色に概ね対応しているため、青錐体、緑錐体、赤錐体とも呼ばれている。
そして、最近の研究では、それぞれの錐体に対する色刺激に対する対光反応と脳神経との関連を研究しようとする動きもある。
また近年、網膜内には杆体、錐体の二種類の視細胞の他に、生物の一日のリズム(サーカディアンリズム)を規制する体内時計を調節するメラノプシンという感光色素を出す第三の神経細胞が見つかり、そのメラノプシンの反応特性を調べると470nm付近に感光ピーク波長があることがわかってきた。したがって、そのピーク波長の光刺激に対する対光反応を調べることにより、サーカディアンリズム失調の有無などを診断できる可能性もある。
そこで本考案は、各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察できるようにすることを技術的課題としている。
この課題を解決するために、本考案は、左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系が設けられ、光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置であって、前記刺激用光源は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子を内蔵すると共に各瞳孔に対向する位置に配され、前記撮像光学系は、前記刺激用光源の照射光軸上に配された可視光透過赤外光反射ミラーを介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源と、前記ミラーを介して瞳孔を撮像する赤外線カメラを備えたことを特徴としている。
本考案によれば、照明用光源から照射された赤外光がミラーを介して瞳孔が照明され、その瞳孔の像がミラーを介して赤外線カメラで撮像される。
この状態で、刺激用光源から任意の色の可視光を任意の刺激条件で照射すると、その色の光に対して瞳孔が縮瞳又は散瞳する対光反応が赤外線カメラで撮像される。
したがって、その画像変化に基づいて瞳孔径の変化を測定することにより、色別の対光反応を観察することができる。
本例では、各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察できるようにするため、左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系が設けられ、光刺激に対する瞳孔径の変化を瞳孔画像に基づいて測定する瞳孔計であって、前記刺激用光源は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子が各瞳孔に対向する位置に配され、前記撮像光学系は、前記光源の照射光軸上に配された可視光透過赤外光反射ミラーを介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源と、前記ミラーを介して瞳孔を撮像する赤外線カメラを備えた。
以下本考案を図面に基づいて具体的に説明する。
図1は本考案装置の一例を示す説明図、図2は側方から見た概略断面図、図3は刺激光の設定画面を示す説明図、図4は測定結果を示すグラフ、図5は応用例を示す説明図である。
本例の瞳孔撮像装置1は、左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル2内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源3R、3Lと、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系4R、4Lが設けられ、夫々がこれらをコントロールすると共に瞳孔画像を解析するコンピュータ5に接続されている。
遮光性ゴーグル2は、正面に開口部6を形成した木製ゴーグルフレーム7と、このゴーグルフレーム7に装着された状態で前記開口部6を塞ぐ着脱可能なゴーグルカバー8とからなり、頭部に装着されるゴーグルフレーム7に左右一対の撮像光学系4R、4Lが設けられ、ゴーグルカバー8に左右一対の刺激用光源3R、3Lが設けられている。
各刺激用光源3R、3Lは、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子9を内蔵すると共に各瞳孔に対向する位置に配されている。
具体的には、視軸と対応する位置に中心軸を配した筒状ホルダ10がゴーグルカバー8に取り付けられている。
また、筒状ホルダ10内には、その中心軸に沿って底面側から順に、刺激光を照射する多色発光素子9と、照射された刺激光を散乱させる光散乱板11と、これを透過した散乱光の指向性を整えるレンズ12が配され、その照射光軸Lxが前記中心軸に一致するように組み立てられている。
そして、筒状ホルダ10は、左右の刺激用光源3R、3Lの一方から照射された光が反対側の目に入らないように、多色発光素子9からレンズ12までの距離が設計されている。
多色発光素子9としては、本例では、BGRの三原色を個別に発光すると共に、任意の波長の光を混合して任意の色の光を発光可能な市販のマルチカラーLEDが用いられている。
また、多色発光素子9から同時に2以上の波長の光が照射された場合に、その光が光散乱板11だけでなく、光散乱板11に達する前にも拡散混合されるように、筒状ホルダ10は、少なくとも光散乱板11より多色発光素子9側の内周面10aが鏡面仕上げされている。
撮像光学系4R、4Lは、刺激用光源3R,3Lの照射光軸Lx上に配された可視光透過赤外光反射ミラー13を介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源14と、前記ミラー13を介して瞳孔を撮像する赤外線カメラ15を備えている。
照明用光源14は、複数の赤外線LED16…が赤外線カメラ15の撮像光軸Vxの周囲に環状に配されてなる。
コンピュータ5は、左右刺激用光源3R,3Lの各多色発光素子9の発光色、発光タイミング、発光時間を左右個別にコントロールする刺激光コントロール機能Mと、左右撮像光学系4R、4Lの各赤外線カメラ15で撮像された瞳孔画像に基づき左右の瞳孔径を自動計測する画像処理機能Mと、照明用光源14を点灯させるドライバMを備えている。
刺激光コントロール機能Mは、図3に示すように、左右の多色発光素子9の夫々について、刺激色C、刺激開始までの時間T、刺激光連続点灯時間T、刺激光発光間隔T、刺激回数Nを設定する。
刺激色Cは、例えばRGBの混合割合を256階調の数値で指定したり、所要数の基本色が予め設定されたカラーパレットPから選択する。
夫々の時間T〜Tは0.1〜10秒まで0.1秒間隔で設定することができ、刺激回数Rは0〜9回まで設定することができる。
また、画像処理機能Mは、瞳孔画像に基づき、瞳孔部分を抽出し、例えば、任意径の円とのフィッティング処理を行うことにより、最も近似している円の直径を瞳孔径として選定する。
そして、光刺激と同時に、所定の時間間隔で瞳孔径を逐次計測し、例えば、光刺激前の瞳孔径Dmax、光刺激後の最小瞳孔径Dmin、縮瞳率CR(=Dmin/Dmax)、光刺激開始から最小瞳孔径に達するまでの時間Tmin、光刺激終了後、最小値の63%まで回復するのに要した時間T63、縮瞳速度VC、縮瞳加速度AC、散瞳速度VD等が算出される。
また、図4に示すように、左右の光刺激のタイミングと、左右の瞳孔径の変化を記録したタイムチャートがグラフ表示される。
以上が本考案の一構成例であって、次にその作用について説明する。
まず、ゴーグルカバー8をゴーグルフレーム7に装着した遮光性ゴーグル2を、被験者の頭部に固定してその両眼を覆うと、ゴーグル2内には外光が入らないため、まったくの光刺激がない状態となる。
ここで撮像光学系3R、3Lの照明用光源14を点灯させると、赤外線LEDを環状に配した照明用光源14を点灯させると、赤外光がミラー13で反射されて瞳孔が照明され、その像が赤外線カメラ15により撮像されることとなる。
そして、コンピュータ5の刺激光コントロール機能Mに刺激条件を入力すると、その刺激条件で刺激用光源3R、3Lの多色発光素子9が点灯される。
発光素子9から照射された光は、筒状ホルダ10内の鏡面仕上げされた内周面10aで散乱された後、光散乱板11を透過することによりさらに散乱され、レンズ12で指向性が整えられ、照射光軸Lxに沿って瞳孔へ向かう光束となって、光刺激が与えられる。
したがって、多色発光素子9で赤色光と緑色光を同時点灯して、これらを混合することにより黄色光を照射するときでも、発光素子9内の赤色発光点と緑色発光点を視認することはできず、均一に混合された黄色の光がレンズ全体から照射されるように見える。
そして、このときの左右の瞳孔画像が、撮像光学系4R、4Lの赤外線カメラ15で取り込まれ、コンピュータ5により画像解析されて、瞳孔の対光反応が測定されることとなる。
なお、上述の説明では、多色発光素子9として市販のマルチカラーLEDを用いた場合について説明したが、本考案はこれに限らず、研究者の要望に応じて任意の波長のLEDを複数組み合わせて使用することができる。
この場合、個別に発光可能な発光波長の異なる所要数のチップLEDを、夫々の発光方向が筒状ホルダ10の長手方向に向くように実装した基板を、該ホルダ10の底部に設ければよい。
また、そのチップLEDを少なくとも三つ備え、それぞれの発光波長を、ヒト網膜のS錐体、M錐体、L錐体が感受するピーク波長に選定すれば、個々のチップLEDを個別に発光させることにより、あるいは、そのうちの二つのチップLEDを同時に発行させることにより、錐体の種類別に個別に光刺激を与えることができるので、錐体の種類に応じた対応反応を観察することができ、各錐体による神経系と神経疾患との関連性を研究するのに適している。
さらに、明るいところでの光刺激に対する対光反応を観察する場合は、図5に示すように左右の液晶ディスプレイ22R、22Lを同様のゴーグルカバー21に取り付けたものを用意しておき、ゴーグルカバー8をこれに付け替えて、液晶ディスプレイ22R、22Lにより任意の背景色中に任意の色の点を表示させた画像を映し出すようにすればよい。
なお、この場合、片方の目で左右反対側の液晶ディスプレイ22R,22Lが見えないようにゴーグルフレーム7の左右中央に目隠し用の仕切板23を設けることが望ましい。
本考案によれば、各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察することにより、刺激色と神経疾患との関連性を研究する用途に適用できる。
本考案装置の一例を示す説明図。 側方から見た概略断面図。 刺激光の設定画面を示す説明図。 測定結果を示すグラフ。 応用例を示す説明図。
符号の説明
1 瞳孔撮像装置
2 遮光性ゴーグル
3R、3L 刺激用光源
4R、4L 撮像光学系
5 コンピュータ
6 開口部
7 ゴーグルフレーム
8 ゴーグルカバー
9 多色発光素子
10 筒状ホルダ
11 光散乱板
12 レンズ
Lx 照射光軸
10a 内周面
13 可視光透過赤外光反射ミラー
14 照明用光源
15 赤外線カメラ
16 赤外線LED
Vx 撮像光軸
刺激光コントロール機能
画像処理機能

Claims (9)

  1. 左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系が設けられ、光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置であって、
    前記刺激用光源は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子を内蔵すると共に各瞳孔に対向する位置に配され、
    前記撮像光学系は、前記刺激用光源の照射光軸上に配された可視光透過赤外光反射ミラーを介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源と、前記ミラーを介して瞳孔を撮像する赤外線カメラを備えたことを特徴とする瞳孔撮像装置。
  2. 前記多色発光素子が、BGRの三原色を個別に発光すると共に、任意の波長の光を混合して任意の色の光を発光可能なマルチカラーLEDからなる請求項1記載の瞳孔撮像装置。
  3. 前記多色発光素子は、個別に発光可能な発光波長の異なる複数のチップLEDを実装してなる請求項1記載の瞳孔撮像装置。
  4. 前記チップLEDを少なくとも三つ備え、それぞれの発光波長が、ヒト網膜のS錐体、M錐体、L錐体が感受するピーク波長に選定された請求項3記載の瞳孔撮像装置。
  5. 前記遮光性ゴーグルが、正面に開口部を形成したゴーグルフレームと、このゴーグルフレームに装着された状態で前記開口部を覆う着脱可能なゴーグルカバーとからなり、
    頭部に装着される前記ゴーグルフレームに左右一対の撮像光学系が設けられると共に、前記ゴーグルカバーに左右一対の刺激用光源が設けられてなる請求項1乃至4いずれか記載の瞳孔撮像装置。
  6. 前記刺激用光源は、ゴーグルに取り付けられる筒状ホルダーの中心軸に沿って、その底面側から、前記多色発光素子と、多色発光素子から照射された光を散乱させる光散乱板と、光散乱板を通過した光の指向性を整えるレンズが配された請求項1乃至5いずれか記載の瞳孔撮像装置。
  7. 前記筒状ホルダーは、少なくとも光散乱板より多色発光素子側の内周面が鏡面仕上げされた請求項6記載の瞳孔撮像装置。
  8. 前記各赤外線カメラが、瞳孔画像に基づき光刺激に対する瞳孔径の変化を自動計測する画像処理機能を備えたコンピュータに接続されてなる請求項1乃至7いずれか記載の瞳孔撮像装置。
  9. 前記多色発光素子が、その発光色、発光タイミング、発光時間を左右個別に設定する刺激光コントロール機能を備えたコンピュータに接続されてなる請求項1乃至8いずれか記載の瞳孔撮像装置。
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