JP6606773B2 - 眼科装置 - Google Patents

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Description

本願は、被検眼を検査する眼科装置に関する。
患者の眼内に眼内レンズ(IOL)を埋め込む処置が行われることがある。例えば、白内障手術においては、患者の眼内から水晶体を取り除いた後に、患者の眼内に眼内レンズ(IOL)が挿入される。眼内レンズの度数を決定する際には、対象眼の眼軸長、角膜曲率(角膜屈折力)等の眼特性データが予め測定され、得られた眼特性データをもとに、周知のIOL計算式に従って、眼内レンズの度数が決定される。特に、角膜疾患を持つ眼や屈折矯正手術がなされた眼に対して眼内レンズを適切に処方するためには、被検者眼の角膜の前後面の曲率半径等を計測して、角膜全体の屈折力を求めることが必要とされている。特許文献1には、被検眼の角膜の厚さを検査するための眼科装置が開示されている。特許文献1の眼科装置は、被検眼に測定光を照射すると共に、被検眼から反射される反射光と参照光とを干渉させた干渉光を検出する干渉光学系を備えている。この眼科装置では、被検眼の複数の測定点において干渉光を検出する。そして、複数の測定点において検出した干渉光に基づいて、各測定点における角膜前面の位置と角膜後面の位置を特定する。これによって、被検眼の各測定点における角膜の厚さを取得している。
特開2008−167777号公報
上述したように、眼内レンズを適切に処方するためには、対象となる患者の角膜前面の形状(曲率半径)と角膜後面の形状(曲率半径)が必要となる。従来の技術では、角膜前面の形状を計測し、角膜前面の形状から経験式を用いて角膜後面の形状を推定していた。したがって、推定した角膜後面の形状に誤りがあると、眼内レンズを適切に処方することができないという問題があった。このため、角膜後面の形状を測定することができる眼科装置の実現が望まれている。
本願は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、角膜後面の形状を測定することができる眼科装置を提供することである。
本明細書に開示する眼科装置は、リング像撮影光学系と干渉光学系と演算装置を備えている。リング像撮影光学系は、被検眼の角膜表面に同心状の複数のリング光を照射すると共に、被検眼の角膜表面から反射される複数のリング光の反射像を撮影する。干渉光学系は、被検眼に測定光を照射すると共に、被検眼から反射される測定光の反射光と予め定められた参照光との干渉光を検出する。演算装置は、リング像撮影光学系で得られた複数のリング光の反射像と、干渉光学系の検出結果とに基づいて、被検眼の角膜の後面の形状を算出する。干渉光学系は、被検眼に照射される測定光の照射位置を変更する照射位置変更手段を有している。演算装置は、(1)リング像撮影光学系で得られた複数のリング光の反射像に基づいて、被検眼の角膜の前面の形状を算出し、(2)干渉光学系で得られた複数の照射位置における干渉光に基づいて、当該複数の照射位置における被検眼の角膜の厚さを算出し、(3)算出した被検眼の角膜の前面の形状と、算出した複数の照射位置における角膜の厚さとに基づいて、被検眼の角膜の後面の形状を算出する。
この眼科装置では、リング像撮影光学系で得られた複数のリング光の反射像に基づいて、被検眼の角膜前面の形状が算出される。また、干渉光学系で得られた複数の照射位置における干渉光に基づいて、複数の照射位置における角膜の厚さが算出される。角膜後面の位置は、対応する角膜前面の位置と、その位置における角膜の厚さから特定することができる。このため、演算装置は、算出された被検眼の角膜前面の形状と角膜の厚さとから特定される角膜後面の位置を用いて、角膜後面の形状を算出する。この眼科装置によると、角膜後面の形状を測定することができる。
本実施例に係る眼科装置の光学系の概略構成図である。 本実施例に係る眼科装置の制御系のブロック図である。 本実施例に係る眼科装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 被検眼に照射されるリング状の光と、被検眼に照射される測定光の照射位置とを併せて示す図である。 角膜前面の形状と、照射位置における角膜厚とから、角膜後面の形状を算出する手順を説明するための図である。 レンズ38の機能を説明するための図。
本明細書に開示する眼科装置では、照射位置変更手段は、被検眼の角膜頂点を取り囲むように設定された設定円の円周上の複数の照射位置に測定光が照射されるように測定光の照射位置を変更してもよい。演算装置は、設定円の円周上の複数の照射位置における被検眼の角膜の厚さを算出してもよい。このような構成によると、リング像撮影光学系により照射されるリング光の位置と、干渉光学系により照射される測定光の位置とを対応させることができ、角膜後面の形状を精度良く算出することができる。
本明細書に開示する眼科装置では、干渉光学系は、照射位置変更手段により照射位置が走査される測定光を平行に走査するための光学部材をさらに備えていてもよい。このような構成によると、被検眼から反射される反射光(測定光の反射光)の光の強度が強くなり、角膜の厚さを精度良く算出することができる。
本明細書に開示する眼科装置では、照射位置変更手段により変更される測定光の照射位置を検出する照射位置検出手段をさらに備えていてもよい。このような構成によると、測定光が実際に照射された位置を検出するため、角膜後面の形状を精度良く算出することができる。
図1に示すように、本実施例の眼科装置は、被検眼100の角膜102を検査するための測定部60を有している。測定部60は、角膜102の前面の形状を計測するためのリング像撮影光学系(28,30,32,40)と、角膜102の厚みを計測するための干渉光学系(10,12,14,16,18,20,22,24,30,32,36,38)と、被検眼100に対して測定部60を所定の位置関係にアライメントするためのアライメント機構34を有している。
リング像撮影光学系(28,30,32,40)は、角膜102の前面(表面)に同心状の複数のリング光を照射すると共に、角膜102の前面から反射される複数のリング光の反射像を撮影する。リング像撮影光学系は、コーン40と、LEDを用いた照明装置42(図1では図示を省略。ただし、図2に図示)と、角膜102の前面から反射されたリング光の反射像を撮影する撮影装置28を備えている。
コーン40は、内部が中空の円錐形状の筒体であり、透明樹脂によって形成されている。コーン40の内壁面には、同心円状のパターンが印刷された透明フィルムが貼り付けられている。コーンの外壁面には、光を反射する塗装が施されている。
照明装置42は、コーン40の背面(被検眼100の反対側)に配置されている。照明装置42の照明光は、コーン40内で散乱し、透明フィルムによって光の一部が遮られる。これにより、同心円状のリング光が被検眼100の角膜102に投影(照射)される。すなわち、図4に示すように、被検眼100の角膜102の表面には、6本のリング光L1〜L6が投影される。後述するように、被検眼100にリング光L1〜L6を投影する際は、測定部60が被検眼100の角膜102の頂点に対して位置決めされている。このため、被検眼100に投影されるリング光L1〜L6は、角膜102の頂点に対して同心状に位置している。
撮影装置28は、被検眼100の前眼部像と、角膜102の前面から反射されるリング光L1〜L6の反射像とを撮影する。すなわち、被検眼100の前眼部像及びリング光L1〜L6の反射像は、ミラー32,30を介して撮影装置28に導かれる。撮影装置28で撮影された被検眼100の前眼部像及びリング光L1〜L6の反射像は、後述する演算装置50に入力される。また、被検眼100の前眼部像及びリング光L1〜L6の反射像は、モニタ40に表示される。
干渉光学系(10,12,14,16,18,20,22,24,30,32,36,38)は、被検眼100に測定光を照射すると共に、被検眼100から反射される反射光(測定光による反射光)と参照光とを合成した干渉光を検出する。干渉光学系は、光源10と、光源10からの光を被検眼100の内部に照射すると共にその反射光を導く測定光学系と、光源10からの光を参照面に照射すると共にその反射光を導く参照光学系と、測定光学系により導かれた反射光と参照光学系により導かれた参照光とを合成した干渉光を受光する受光素子14によって構成されている。
光源10は、波長掃引型(波長走査型)の光源であり、出射される光の波長が所定の周期で変化する。本実施例では、光源10から出射される光の波長を変化させながら、被検眼100からの反射光と参照光とを干渉させ、その干渉光を測定する。後述するように、測定した干渉光(干渉信号)をフーリエ変換することで、被検眼100の角膜102の前面の位置及び後面の位置が特定される。
測定光学系は、コリメータレンズ16と、ビームスプリッタ20と、ビームエキスパンダー21と、ミラー30,32と、レンズ38と、光検出器36によって構成されている。光源10から出射された光の一部は、コリメータレンズ16、ビームスプリッタ20、ビームエキスパンダー21、ミラー30,32、及びレンズ38を介して被検眼100に照射される。被検眼100からの反射光は、レンズ38、ミラー32,30、ビームエキスパンダー21、ミラー34、ビームスプリッタ20、及びコリメータレンズ16を介して干渉計12及び受光素子14に導かれる。ビームエキスパンダー21と光検出器36とレンズ38の機能については、後で詳述する。
参照光学系は、干渉計12内に配置される参照ミラー(図示省略)によって構成されている。すなわち、光源10から出射された光は、その一部が分岐され、干渉計12内に配置される参照ミラーに照射される。参照ミラーに照射された光は、参照ミラーで反射されて参照光が生成される。
干渉計12は、参照光学系により導かれた光(参照光)と測定光学系により導かれた光(測定光)とを合成して干渉光とする。受光素子14は、干渉計12において合成された干渉光を検出する。受光素子14としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。
なお、コリメータレンズ16とビームエキスパンダー21の間には、ビームスプリッタ20とガラス部材18が配置されている。光源10から出射された光の一部は、コリメータレンズ16を通ってビームスプリッタ20で反射され、ガラス部材18に照射される。ガラス部材18に照射された光は、ガラス部材18の端面で反射される。ガラス部材18の端面で反射された光は、ビームスプリッタ24及びコリメータレンズ16を介して干渉計12及び受光素子14に導かれる。ガラス部材18の位置は固定されているため、ガラス部材18の端面で反射される光の光路長は一定で変化しない。本実施例では、ガラス部材18の端面から反射される光と参照光とを合成して得られる干渉光を利用して、被検眼100の測定結果が補正されるようになっている。
ここで、測定光学系に備えられるビームエキスパンダー21と光検出器36とレンズ38の機能について説明する。ビームエキスパンダー21は、光源10側に配置される凸レンズ22と、被検眼100側に配置される凸レンズ24と、凸レンズ24に対して凸レンズ22を光軸方向(z軸方向)に進退動させると共に、凸レンズ24を光軸に対して直交する平面(xy平面)内で移動させる駆動機構26を備えている。凸レンズ22と凸レンズ24は、光軸上に配置され、入射する平行光の焦点の位置を変化させる。すなわち、駆動機構26が凸レンズ24を光軸方向に駆動することで、被検眼100に照射される光の焦点の位置が被検眼100の深さ方向に変化する。具体的には、凸レンズ24から照射される光が平行光となるように凸レンズ22と凸レンズ24との間隔を調整した状態から、凸レンズ22を凸レンズ24から離れる方向に移動させると、凸レンズ24から照射される光は収束光となり、凸レンズ22を凸レンズ24に近づく方向に移動させると、凸レンズ24から照射される光は発散光となる。これによって、被検眼100に照射される光の焦点の位置を被検眼100の角膜102の前面に一致させることで、これらの面から反射される光の強度を強くでき、これらの面の位置を精度よく検出することができる。
また、凸レンズ24は、光軸に対して直交する平面(xy平面)内で2次元的に移動可能となっている。すなわち、駆動機構26は、凸レンズ22に対して凸レンズ24を、光軸に対して直交する平面(xy平面)内で2次元的に駆動する。これによって、光源10からの光の被検眼100への入射位置(照射位置)が、被検眼100に対して2次元的に変化する。具体的には、被検眼100を正面視した図4において、光の照射位置はこの平面(xy平面)内を2次元的に変化する。より詳細には、凸レンズ24を凸レンズ22に対してy方向に移動させると、照射位置もy方向に変化する。また、凸レンズ24を凸レンズ22に対してx方向に移動させると、照射位置もx方向に変化する。したがって、凸レンズ24を凸レンズ22に対してx方向及び/又はy方向に移動させることで、照射位置がxy平面内で変化する。本実施例では、被検眼100に照射されるリング光L1〜L6と同一の位置(角膜102の頂点を中心とする同心円状の位置)に照射されるように測定光を走査し、その測定光が走査される軌跡上の複数の照射位置P(測定点)において角膜102の厚みを測定するようになっている。
なお、干渉光学系から被検眼100に照射される測定光の照射位置は、位置検出器36によって検出されるようになっている。すなわち、駆動機構26が凸レンズ24をxy平面内で移動させると、それによって、被検眼100に照射される測定光の照射位置が変わると共に、ミラー32に入射する測定光の入射位置も変化する。ミラー32に入射する光は、その一部がミラー32で反射されて被検眼100に照射され、その一部はミラー32を透過して位置検出器36で検出される。位置検出器36は、ミラー32のどの位置に光が入射したかを検出する。これによって、被検眼100に照射される測定光の照射位置を正確に特定することが可能となる。
また、被検眼100に照射される測定光の照射位置が角膜102の頂点の位置からずれると、被検眼100から反射される光の強度が低下することがある。その結果、光検出器14で検出される干渉光の強度が低下することがある。本実施例では、レンズ38は、ミラー32とコーン40の間の光軸上に配置される状態と、ミラー32とコーン40の間の光軸上に配置されない状態とに切換えられる。レンズ38がミラー32とコーン40の間の光軸上に配置されると、図6に示すように、被検眼100に照射される測定光を走査する際に、その測定光が平行に走査される。これによって、測定光の被検眼100に対する入射角が略一定となり、照射される測定光の照射位置が角膜102の頂点の位置からずれても、被検眼100から反射される光の強度を大きくでき、光検出器14で検出される干渉光の強度を十分な大きさとすることができる。
アライメント機構34は、被検眼100に対する測定部60の位置を検出するためのアライメント光学系(図示しない)と、被検眼100の角膜102の頂点の位置を検出する角膜頂点検出装置(図示しない)と、その結果に基づいて測定部60の位置を調整する位置調整機構(図示しない)を備えている。アライメント機構34については、公知の眼科装置に用いられているものを用いることができるため、その詳細な説明は省略する。
次に、本実施例の眼科装置の制御系の構成を説明する。図2に示すように、眼科装置は演算装置50によって制御される。演算装置50は、CPU,ROM,RAM等からなるマイクロコンピュータ(マイクロプロセッサ)によって構成されている。演算装置50には、光源10と、照明装置42と、モニタ44と、光検出器14と、位置検出器36と、撮影装置28と、アライメント機構34と、駆動機構26が接続されている。演算装置50は、光源10と照明装置42のオン/オフを制御し、アライメント機構34と駆動機構26を制御することで測定部60の位置調整等を行い、また、撮影装置28を制御して被検眼100の前眼部像(リング光の反射像)を撮影する。また、演算装置50には、光検出器14が接続され、光検出器14で検出される干渉光の強度に応じた干渉信号が入力する。演算装置50は、光検出器14からの干渉信号をフーリエ変換することによって、被検眼100の角膜102の前後面の位置を特定し、角膜102の厚さを算出する。
次に、本実施例の眼科装置を用いて、被検眼100の角膜102の前面の形状と角膜102の後面の形状を計測する際の手順を説明する。検査者が図示しないスイッチ(測定開始を入力するスイッチ)を操作すると、図3に示すように、演算装置50は、アライメント機構34を制御して、被検眼100に対して測定部60の位置合わせを行う(ステップS10)。すなわち、演算装置50は、アライメント機構34によって、被検眼100の角膜102の頂点の位置を検出すると共に、角膜102の頂点を測定部60の光軸上に位置決めする。これによって、被検眼100に対する測定部60のxy方向(縦横方向)の位置とz方向(進退動する方向)の位置が調整される。測定部60が位置決めされると、撮影装置28で撮像される前眼部像の中心に角膜102の頂点が位置する。また、演算装置50は、駆動機構26を駆動してビームエキスパンダー21を調整する。これによって、光源10から被検眼100に照射される光の焦点の位置が被検眼100の所定の位置(例えば、角膜102の前面)となる。なお、ステップS10では、ビームエキスパンダー21の凸レンズ22が光軸方向にのみ駆動される。
次に、演算装置50は、照明装置42をオンして、被検眼100の角膜102の表面に複数のリング光を照射すると共に、被検眼100から反射される複数のリング光の反射像を撮影装置28で撮影する(ステップS12)。ステップS10により被検眼100に対して測定部60が位置決めされているため、図4に示すように、被検眼100に照射されるリング光L1〜L6は、角膜102の頂点を中心とする同心円状に照射される。撮影装置28で撮影された被検眼100の前眼部像とリング光L1〜L6の反射像は、演算装置50のメモリに記憶されると共に、モニタ44に表示される。複数のリング光L1〜L6の反射像が撮影されると、演算装置50は照明装置42をオフする。
次に、演算装置50は、光源10をオンすると共に、光検出器14によって干渉光の測定を行う(S14)。すなわち、演算装置50は、光軸上にレンズ38を配置すると共に、光源10をオンして被検眼100に測定光を照射し、被検眼100から反射される反射光と参照光とを合成した干渉光を光検出器14で検出する。光検出器14から出力される干渉信号は、演算装置50のメモリに記憶される。ここで、干渉光を光検出器14で検出する際は、駆動機構26を駆動することで、被検眼100に照射される測定光は走査され、リング光L1〜L6が照射される位置と同一の位置に照射される(図4参照)。すなわち、被検眼100に照射される測定光は、角膜102の頂点の周囲にリング状に走査される。そして、演算装置50は、被検眼100に予め設定された複数の照射位置P(図4の照射位置P)における干渉信号をメモリに記憶する。メモリに記憶された干渉信号は、後述するステップS18で処理される。なお、駆動機構26によって被検眼100に照射される測定光を走査する際は、位置検出器36によって測定光が照射される位置が検出される。その結果、照射位置Pにおける干渉信号を的確に取得することができ、ステップS14の測定を正確に行うことができる。また、ステップS14の測定時にはレンズ38が光軸上に配置されるため、被検眼100には平行光が照射される。その結果、光検出器14で検出される干渉光の強度を大きくすることができる。
次に、演算装置50は、ステップS12で撮影された複数のリング光L1〜L6の反射像から、被検眼100の角膜102の表面の形状を算出する(S14)。リング光L1〜L6の反射像から角膜表面の形状を算出する方法は、公知の方法(例えば、特開2011−167359号公報等に開示の方法)を用いることができる。例えば、演算装置50は、リング光L1〜L6の反射像の白黒のエッジ(境界)を検出して、リング像の位置と角膜中心からのエッジ距離を算出する。次いで、リング像が角膜頂点を通る円弧形状と仮定して、算出したエッジ距離に基づいてリングの位置における角膜曲率を算出する。ステップS14で算出された角膜102の表面の形状(曲率半径等)は、モニタ44に出力される。
次に、演算装置50は、ステップS14で取得された複数の照射位置Pにおける干渉信号を処理し、複数の照射位置Pにおける角膜厚を算出する(S18)。すなわち、演算装置50は、複数の照射位置Pに測定光を照射したときに得られる干渉信号をそれぞれフーリエ解析することで、複数の照射位置Pにおける被検眼100の角膜102の前面の位置と後面の位置を特定する。そして、角膜102の前面の位置と角膜102の後面の位置とから、その照射位置Pにおける角膜102の厚さを算出する。ステップS18では、全ての照射位置Pについて角膜102の厚さが算出される。
次に、演算装置50は、ステップS16で得られた角膜102の前面の形状と、ステップS18で得られた各照射位置Pにおける角膜102の厚さとから、角膜102の後面の形状を算出する(S20)。図5に示すように、照射位置Pに対応する角膜102の後面102bの位置P’は、ステップS16で得られた角膜前面102fの形状と、当該照射位置Pにおける角膜102の厚みから特定することができる。したがって、各照射位置Pに対応する角膜102の後面102bの位置P’が特定される。演算装置50は、照射位置Pにおける角膜102の後面102bの位置P’を用いて、角膜102の後面102bの形状を推定する。曲面上の複数の点の座標が与えられたときに当該曲面の形状を推定する方法としては、公知の種々の数学的手法を用いることができる。このようにして取得された角膜102の後面102bの形状(曲率半径等)は、モニタ44に出力される。
上述の説明から明らかように、本実施例に係る眼科装置では、リング光L1〜L6の反射像から得られた角膜102の前面102fの形状と、干渉光から得られた照射位置Pにおける角膜102の厚さとから、角膜102の後面102bの形状を算出する。これによって、角膜後面102bの形状を正確に測定することができる。
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、ビームエキスパンダー21の凸レンズ24をxy方向に駆動することで、被検眼100に照射される測定光の照射位置Pを変更するようにしたが、被検眼100に照射される光の照射位置を変更する機構はこのようなものに限られない。例えば、ガルバノミラー等を用いて、被検眼100に照射される光の照射位置を変更してもよい。また、上述した実施例では、レンズ38がミラー32とコーン40の間の光軸上に配置される状態と、ミラー32とコーン40の間の光軸上に配置されない状態とに切換えられるようになっていたが、このような構成ではなく、常にレンズ38が光軸上に配置されるようにしてもよい。
また、上述した実施例では、フーリエドメイン方式の干渉計を利用した例であったが、タイムドーメイン方式の干渉計を利用してもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10・・光源
12・・干渉計
14・・光検出器
16・・コリメータレンズ
18・・ガラス部材
20・・ビームスプリッタ
21・・ビームエキスパンダー(焦点調整機構)
22,24・・レンズ
26・・駆動機構
28・・前眼部撮影装置
30,32・・ハーフミラー
34・・アライメント機構
36・・光検出器
38・・レンズ
40・・コーン
42・・照明装置
50・・演算装置
60・・測定部
100・・被検眼
102・・角膜
L1〜L6・・リング状光
P・・照射位置

Claims (4)

  1. 被検眼の角膜表面に同心状の複数のリング光を照射すると共に、被検眼の角膜表面から反射される前記複数のリング光の反射像を撮影するリング像撮影光学系と、
    被検眼に測定光を照射すると共に、被検眼から反射される前記測定光の反射光と予め定められた参照光との干渉光を検出する干渉光学系と、
    前記リング像撮影光学系で得られた前記複数のリング光の反射像と、前記干渉光学系の検出結果とに基づいて、被検眼の角膜の後面の形状を算出する演算装置と、
    被検眼の前眼部像を撮影する前眼部撮影装置と、
    を備え、
    前記干渉光学系は、
    被検眼に照射される前記測定光の照射位置を変更する照射位置変更手段と、
    前記照射位置変更手段により変更される前記測定光の照射位置を検出する照射位置検出手段と、を有し、
    前記演算装置は、
    前記リング像撮影光学系で得られた前記複数のリング光の反射像に基づいて、被検眼の角膜の前面の形状を算出し、
    前記干渉光学系で得られた複数の照射位置における干渉光に基づいて、当該複数の照射位置における被検眼の角膜の厚さを算出し、
    前記算出した被検眼の角膜の前面の形状と、前記算出した前記複数の照射位置における角膜の厚さとに基づいて、被検眼の角膜の後面の形状を算出し、
    前記照射位置検出手段は、前記前眼部撮影装置が備える受光素子とは異なる受光素子を備え
    前記干渉光学系は、前記測定光を、被検眼に照射する光と前記照射位置検出手段に照射する光とに分割する分割手段をさらに備え、
    前記照射位置検出手段は、前記分割手段によって分割された光から、前記測定光の被検眼への照射位置を検出する、眼科装置。
  2. 前記照射位置変更手段は、被検眼の角膜頂点を取り囲むように設定された設定円の円周上の複数の照射位置に前記測定光が照射されるように前記測定光の照射位置を変更し、
    前記演算装置は、前記設定円の円周上の複数の照射位置における被検眼の角膜の厚さを算出する、請求項1に記載の眼科装置。
  3. 前記干渉光学系は、前記照射位置変更手段により照射位置が走査される測定光を平行に走査するための光学部材をさらに備える、請求項1又は2に記載の眼科装置。
  4. 記分割手段は、前記照射位置変更手段と前記光学部材との間に配置されている、請求項に記載の眼科装置。
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