CN103370002A - 角膜形状测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供低负担且能取得良好结果的角膜形状测定装置。所述装置向角膜投影第一视标，拍摄第一视标图像，向角膜投影与角膜测定用第一视标不同的第二视标，拍摄第二视标图像，并根据第一视标图像调整第二投影光量，根据第二视标图像测定眼的角膜。所述装置包括：向角膜投影第一视标的第一投影光学系统(1)；拍摄在角膜上投影的第一视标的反射图像的第一摄像光学系统(20)；为测定角膜形状、向角膜投影与所述第一视标不同的第二视标的第二投影光学系统(10)；拍摄在角膜上投影的第二视标的反射图像的第二摄像光学系统(20)；以及角膜形状测定单元(70)，根据由所述第一摄像光学系统取得的第一视标的反射图像调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的第二视标的反射图像，测定受检者眼的角膜形状。

Description

角膜形状测定装置

技术领域

本发明涉及测定受检眼的角膜形状的角膜形状测定装置。

背景技术

角膜形状测定装置例如包括：向角膜投影视标图像的光学系统；拍摄投影的视标图像的光学系统；以及通过分析拍摄的图像，计算角膜地形图的计算部（参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开公报特开2007-215950号

可是，上述装置监视拍摄的视标的亮度大小，取得保证了测定所必要的亮度的视标图像作为分析用图像。即，上述装置将相同的视标对角膜投影了多次。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术，提供一种对受检者低负担且能够取得精度良好的测定结果的角膜形状测定装置。

为解决上述问题，本发明具备以下的结构特征。

（1）一种角膜形状测定装置，测定受检者眼的角膜形状，包括：第一投影光学系统，向角膜投影第一视标；第一摄像光学系统，拍摄在角膜上投影的第一视标的反射图像；第二投影光学系统，为测定角膜形状，向角膜投影与第一视标不同的第二视标；第二摄像光学系统，拍摄在角膜上投影的第二视标的反射图像；以及计算控制器，根据由第一摄像光学系统取得的第一视标的反射图像，调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的第二视标的反射图像，测定受检者眼的角膜形状。

（2）在（1）的角膜形状测定装置的基础上，第一投影光学系统具有红外光源，通过红外光将第一视标投影到角膜上，第二投影光学系统具有可见光源，通过可见光将第二视标投影到角膜上。

（3）在（1）或（2）的任意一个角膜形状测定装置的基础上，第二投影光学系统将具有比第一视标在角膜上的投影范围宽的、角膜上的投影范围的视标，作为第二视标投影到角膜上。

（4）在（1）～（3）中任意一项的角膜形状测定装置的基础上，计算控制器，根据由第一摄像光学系统拍摄的第一视标的反射图像，测定受检者眼的第一角膜形状，根据第一角膜形状调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的第二视标的反射图像，测定受检者眼的第二角膜形状。

（5）在（1）～（4）中任意一项的角膜形状测定装置的基础上，第一摄像光学系统兼用为第二摄像光学系统。

按照本发明，能够对受检者低负担，且能够取得精度良好的测定结果。

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施方式。图1是本实施方式的角膜形状测定装置的简要结构图。图2是表示由摄像光学系统拍摄的、第一视标像和前眼部像的示例，表示了在监视器上显示摄像图像的状态。图3是表示由摄像光学系统拍摄的、第二视标像和前眼部像的示例。图4是说明使用第一视标图像来测定角膜形状的方法的图。

以下说明本装置的概要。角膜形状测定装置包括第一投影光学系统1、第二投影光学系统10、摄像光学系统20和计算控制部70。角膜形状测定装置测定受检者眼E的角膜形状的分布。另外，各结构的第一投影光学系统1、第二投影光学系统10、摄像光学系统20和计算控制部70不限于图1所表示的结构。

第一投影光学系统1向角膜Ec投影第一视标（例如参照图2的视标T2）。第一投影光学系统1例如用于简易性测定角膜形状。优选形成第一视标的图像的光是对眼低负担的光，例如对眼来说不眩目的红外光（也可以是近红外光）。此外，即使是可见光，如果是将角膜上的投影范围限定于一部分的视标图像，也能得到一定的效果。第一视标图像例如可以是用于测定角膜上的一部分的角膜曲率（曲率半径）的视标。

第一投影光学系统1例如具有配置在离开摄像光学系统20的光轴L1的位置上的光源，从倾斜方向向角膜Ec投射视标。第一投影光学系统1对角膜Ec投射例如点状视标、环形视标、缝隙视标等。光源可以是一个，也可以是多个。光源可以是点状光源、环形光源、缝隙光源。作为光源，优选红外光源或可见光源。

第一投影光学系统1可以是专用的光学系统，也可以是兼用为其他目的的光学系统。在兼用的情况下，例如校准光学系统作为第一投影光学系统使用。

第二投影光学系统10向角膜Ec投影与第一视标不同的第二视标（例如参照图3）。第二视标与第一视标例如在投影范围和使用波长的至少任一个上不同。第二投影光学系统10用于测定角膜形状的分布。优选第二视标的图像为能够测定横跨宽范围的角膜形状的图像。例如，对于角膜上的投影范围，第二视标宽于第一视标。

第二投影光学系统10例如具有配置在离开光轴L1的位置上的光源，从倾斜方向向角膜Ec投射视标。第二投影光学系统10例如对角膜Ec投射点状视标、环形视标、缝隙视标等。更优选的是，为了将视标投射到角膜的宽范围内，第二投影光学系统10投射多个环形图像或格子图像。光源可以是一个，也可以是多个。此外，光源可以是点状光源、环形光源、缝隙光源。

作为光源，使用可见光源或红外光源。作为第二视标图像，例如使用可见光（例如蓝、绿、红）。特别是蓝色光的利用，在避免茶色、黑色系的虹彩影响上有效。另外，可见光的波长带域一般设为λ＝360nm～830nm。

另外，第一投影光学系统1和第二投影光学系统10，各构成的一部分可以重复。例如，第二投影光学系统10可以是投影多重环形图像的光学系统。第二投影光学系统10的一部分的环形图像，也可以作为第一投影光学系统1被使用。

摄像光学系统20具有摄像元件22，拍摄投影在角膜上的第一视标和第二视标的反射图像。摄像元件22配置在例如与前眼部大体共轭的位置。而且，摄像光学系统20中，配合第一投影光学系统1和第二投影光学系统10的波长带域、来设定能进行拍摄的波长带域。摄像元件22例如采用二维CCD、二维CMOS等二维受光元件。摄像光学系统20在视标图像的摄像以外，还可以拍摄前眼部图像。来自摄像元件22的输出连接到计算控制部70。

另外，尽管优选拍摄第一视标的摄像元件和摄像光学系统，与拍摄第二视标的摄像元件和摄像光学系统为相同结构，但是也可以分别为单独的摄像光学系统。另外，图1中拍摄第一视标的摄像光学系统，兼用为拍摄第二视标的摄像光学系统。

计算控制部70例如由CPU构成，以控制各部分。计算控制部70根据由摄像元件22拍摄的视标的反射图像，测定角膜形状。计算控制部70根据第一视标的反射图像，调整第二投影光学系统10的投影光量。计算控制部70根据第二视标的反射图像，测定眼E的角膜形状。

例如，计算控制部70使用第一投影光学系统1，向角膜投影第一视标图像。计算控制部70根据投影在角膜上的第一视标图像，测定角膜形状。接着，计算控制部70使用第二视标投影光学系统10，向角膜投射第二视标图像，计算控制部70由摄像光学系统20取得投影在角膜上的第二视标图像。计算控制部70取得第二视标图像作为分析用图像，并存储在存储部72中。优选取得分析用图像后，第二视标的投影迅速结束。

此时，计算控制部70根据由第一视标图像取得的角膜形状（第一测定结果），来控制第二视标图像的光量。另外，对应角膜形状、改变第二视标图像的光量，是为了保证测定所必要的光量。即，倾向于角膜曲率半径越小，视标图像的、在角膜的反射光向眼的周边方向行进，朝向摄像光学系统的光越少，因此，光量容易不足。另一方面，倾向于角膜曲率半径越大，视标图像的、在角膜的反射光向正面方向反射，朝向摄像光学系统的光越多。

因而，对应第一视标图像的摄像结果，以配合眼E的角膜曲率的光量投射第二视标图像。另外，可以与角膜曲率无关、从开始就将视标图像的光量设定得较高。不过，如果考虑眼的负担，则不能说是好的方法。视标图像的投影，对受检者而言成为负担（例如为可见光时有眩目的问题）。

例如，计算控制部70判断由第一视标图像得到的第一结果是否满足规定的阈值，并根据判断结果控制光量。此时，在第一结果大于规定的角膜曲率半径时，计算控制部70调整投光光量，以第一光量水平投射第二视标图像。此外，当第一结果在规定的角膜曲率半径以下时，计算控制部70调整投光光量，以大于第一光量水平的第二光量水平投射第二视标图像。

关于调整光量的方法，可以控制对光源施加的电压，也可以通过配置在光源和眼之间的滤光器来控制光量（例如液晶快门）。另外，计算控制部70不必改变第二视标图像的全部光量。计算控制部70例如可以改变第二视标图像中周边部的光量。

计算控制部70分析存储部72中存储的第二视标图像，并取得眼E的角膜形状的分布信息。而后，计算控制部70将得到的分布信息通过数值、颜色表输出。得到的分布信息用于眼内镜片的选择、屈光矫正手术等。

本装置用简易性的第一视标图像测定角膜形状。并且，利用简易性测定的角膜形状，来调整角膜分析中使用的第二视标图像的光量。而后，通过第二视标图像的分析，测定宽范围的角膜形状，并输出测定结果。这样，可以保证测定精度。而且，减少了对眼负担大的、第二视标图像的发光。因此，受检者的负担减轻。

另外，优选装置在第一角膜曲率的测定后，迅速投射第二视标图像。这样，在短时间内取得角膜分析中使用的第二视标图像。避免了伴随泪液的减少而测定精度降低。

此外，装置以红外光向角膜投射第一视标图像，以可见光向角膜投射第二视标图像。这样，进一步减轻了简易测定时眼的负担。

另外，在根据第一视标的反射图像、调整第二投影光学系统10的投影光量时，计算控制部70不限于使用根据第一视标的反射图像测定的角膜形状的手法。计算控制部70利用第一视标的反射图像的摄像结果。例如，计算控制部70检测第一视标的反射图像的光量水平，根据检测出的光量水平，调整第二投影光学系统10的投影光量。此时，第一视标的光量水平越低，第二视标的投影光量越大。

以下，具体说明本实施方式的角膜形状测定装置的一例。此时，作为第一投影光学系统1的一例，使用投光光学系统45a。投光光学系统45a投射用于检测针对眼E的、Z方向的校准状态的视标。作为第二投影光学系统10的一例，使用角膜镜视标投影光学系统11。此外，作为摄像光学系统20，采用前眼部观察光学系统21。

本例涉及的装置的光学系统大致区分为：角膜镜视标投影光学系统11、摄像光学系统21、使受检眼固视的固视标呈现光学系统30、XY校准视标投影光学系统40、工作距离检测光学系统45（投影光学系统45a和检测光学系统45b）以及眼屈光力分布测定光学系统9。角膜镜视标投影光学系统11向受检眼的角膜上投射角膜镜视标。摄像光学系统21拍摄受检眼的前眼部。XY校准视标投影光学系统40向受检眼角膜投射XY方向（上下左右）的校准用视标。工作距离检测光学系统45向受检眼角膜投射Z（工作距离）方向的校准用视标，并检测其反射光，由此，工作距离检测光学系统45检测针对受检眼的、装置本体的Z方向的校准信息。眼屈光力分布测定光学系统9测定受检眼的眼屈光力分布或波前像差。这些光学系统配置在未图示的箱体中。所述箱体利用公知的校准用移动机构、相对于眼E做三维性移动。

首先，说明角膜镜投影光学系统10。角膜镜12呈中央部带开口的大体半球状。角膜镜12形成带有以光轴L1为中心的同心圆的、多个透光部和遮光部的环形图像。可见光源13发出LED等可见光。光源13发出的光被反射板14反射，从背后大致均匀照亮角膜镜12。受检眼角膜上投射有角膜镜环形图像。另外，前眼部照明光源15配置在角膜镜12的外周，通过近红外光照亮前眼部。

此外，反射板14的背后，以相对光轴L1左右对称的方式、配置有视标投影光学系统45a和视标检测光学系统45b。视标投影光学系统45a具备红外光源46和透镜47。视标投影光学系统45a从相对于光轴L1倾斜的方向投射视标。视标检测光学系统45b具备透镜48和位置检测元件49。视标检测光学系统45b从相反方向检测投影的视标。

由视标投影光学系统45a在角膜上形成的、视标图像的光束，穿过角膜镜12和反射板14上设置的开口，经由视标检测光学系统45b的透镜48，入射到位置检测元件49。检测眼E从入射到位置检测元件49的视标图像的位置，相对于装置在工作距离方向上的校准信息。

分光器25使光轴L1与光轴L2同轴。光轴L2上配置有固视标呈现光学系统30。固视标呈现光学系统30具有例如可见的照明光源31、固视标32、透镜33。光源31对固视标32进行照明。来自固视标32的光，经由透镜33、分色镜27、半反射镜26、物镜23、分光器25，向受检眼的眼底投射。另外，光源31和固视标32能在光轴L2方向上移动。光源31和固视标32改变使受检眼固视的固视标32的视度，对受检眼实施云雾法。

分色镜27透过可见光，反射红外光。分色镜27使光轴L2与光轴L3同轴。光轴L3上配置有XY校准视标投影光学系统40。投影光学系统40例如具有光源41、透镜42。来自光源41的光，经由透镜42通过分色镜27反射之后，经过与前述的来自固视标32的光相同的光路，投射到受检眼的角膜上。

半反射镜26使光轴L2与光轴L4同轴。光轴L4上配置有摄像光学系统20。观察光学系统21包括分光器25、物镜23、半反射镜26、远心光阑24、摄像透镜28和二维摄像元件22。来自受检眼前眼部的光束经由分光器25、物镜23、分光器26、摄像透镜28、远心光阑24，由摄像元件22摄像（受光）。另外，观察光学系统21带有远心光阑24，构成取入与光轴平行的光束的远心光学系统。摄像元件22用于受检眼的前眼部正面图像的观察。而且，摄像元件22兼用于对角膜上投影的角膜镜视标的摄像、由光源41形成的校准视标图像的检测。

分光器25的透过方向上配置有眼屈光力分布测定光学系统9。测定光学系统9包含投影光学系统2、受光光学系统3、分光器4、物镜6。投影光学系统2测定光学系统9，向受检眼的眼底投射测定视标。受光光学系统3投影光学系统2，接收由投影光学系统2投影的眼底反射光。包含受光光学系统3，分光器4，物镜6。分光器4反射从投影光学系统2发出的测定光，并使其投向受检眼。分光器4透过由眼底反射的测定光，并使其投向受光光学系统3。另外，作为测定受检眼的眼屈光力分布的光学系统，可以采用相位差方式（例如参照日本专利公开公报特开平10-108837号），以及使用哈特曼板的方式（例如日本专利公开公报特开平10-216092号）。

下面说明控制系统。计算控制部（以下为控制部）70根据来自摄像元件22的摄像信号，取得角膜形状数据（角膜曲率分布数据）。控制部70根据来自受光光学系统3的受光信号，取得眼E的眼屈光力分布数据（波前像差数据）。通过摄像元件22检测到由光源41在角膜上形成的视标图像时，控制部70得到视标图像的坐标位置，以检测XY方向的校准信息。控制部70利用来自位置检测元件49的信号，检测Z方向的校准信息。

监视器75与控制部70连接，显示由摄像元件22拍摄的前眼部图像和角膜形状数据等的取得结果。控制部70控制监视器75的显示，显示基于取得的角膜形状数据和眼屈光力分布数据的颜色表。作为存储单元的存储器75，存储取得的映像图像和数值信息所组成的眼光学特性信息（例如角膜形状信息和眼屈光力分布信息）。控制部70连接有用于供检查人员进行校准作业的控制手柄5。另外，控制手柄5的顶部设有测定开始开关5a。

以下说明在具备如上结构的装置中的动作。首先，检查人员使受检者的脸固定在未图示的脸支承单元上。随后，检查人员使用控制手柄5对受检眼进行校准。检查人员边观察显示监视器75上显示的前眼部图像边进行校准。

图2是表示校准结束时的前眼部观察画面的图。通过投影光学系统40在角膜上形成视标T1。通过视标投影光学系统45a在角膜上形成视标T2。标线LT为校准基准，进行电子性显示。

检查人员在XY方向上移动装置主体，从而让视标T1收束在标线LT内。接着，检查人员在Z方向移动装置主体，以使未图示的指示器表示校准结束。

当上下左右方向和工作距离方向的校准成为适当状态后，检查人员按下测定开始开关5a。另外，控制部70也可以在XYZ方向的校准信息满足容许范围时，自动启动测定开始的触发器。

视标T1通过相对于眼E、从正面方向投影的光形成。在校准结束时，视标T1配置在摄像光轴L4上。

从投影光学系统45a照射的光的、在角膜的反射光的一部分，被眼E的角膜反射后，由检测光学系统45b检测。这样，检测到Z方向的校准状态。

从投影光学系统45a照射的光的、在角膜的反射光的一部分（与光轴L1平行的光束），被摄像元件22接收（参照图4）。视标T2通过投影光学系统45a形成。在校准结束时，视标T2在摄像元件22上的、离开光轴L4上的位置被接收。此时，相对于光轴L4的、视标T2的图像高度D，根据眼E的角膜曲率半径而改变（参照图2、图4）。

<第一测定>控制部70利用图像处理检测从摄像元件22输出的、摄像图像中视标T2的坐标位置，以测定图像高度D（参照图2）。控制部70可以将从摄像光轴L4至视标T2为止的距离测定为图像高度D。控制部70也可以将视标T1与视标T2之间的距离测定为图像高度D。而且，控制部70根据测定的图像高度D，来测定曲率半径。此时，例如只要使用具有不同角膜曲率的模型眼，预先求出角膜曲率与距离D的关系即可（校准）。

而后，控制部70判断测定出的曲率半径是否大于规定的曲率半径（例如5mm）。判断结果用于调整第二测定中的投影光学系统11的投影光量。此时，曲率半径越大，投影光量设定得越低。另一方面，曲率半径越小，投影光量设定得越高。另外，关于光量设定，例示了以规定的曲率半径为阈值的两个阶段的光量设定，但是不限于此。例如，可以设定成对应曲率半径，进行三个阶段以上的光量设定。

另外，作为进行第一测定的前眼部图像，控制部70优选使用判断为校准结束时的、前眼部图像（成为测定开始的触发器的图像），或通过判断为校准结束的帧频的、下一帧频取得的前眼部图像。

此外，通过第一测定得到的角膜曲率用于光量设定。因此，控制部70可以对应与曲率半径成对关系的图像高度D，调整投影光学系统10的光量。

<第二测定>在第一测定结束后，控制部70使投影光学系统11的各光源发光，向角膜Ec上投射角膜镜视标P（参照图3）。此时，控制部70对应通过第一测定取得的曲率半径，调整对光源46施加的电压。这样，控制部70调整了角膜镜视标的光量。

而后，控制部70用摄像元件22拍摄被投影了角膜镜视标的前眼部图像。继而前眼部的摄像结束后，控制部70通过分析取得的角膜镜视标，得到角膜形状的分布信息。而后，控制部70将取得的分布信息以颜色表显示。

另外，在上述结构中，特别设有用于在角膜上形成校准视标T1的投影光学系统（投影光学系统40）。但是，投影光学系统2也可以兼作为投影光学系统40。

此外，也可以将本实施方式的眼屈光力测定装置设置为以下第一～第五方式的角膜形状测定装置。

第一方式的角膜形状测定装置，包括：向角膜投影第一视标的第一投影光学系统；拍摄在角膜上投影的、第一视标的反射图像的第一摄像光学系统；

为测定角膜形状、向角膜投影与第一视标不同的第二视标的第二投影光学系统；拍摄在角膜上投影的、第二视标的反射图像的第二摄像光学系统；以及

角膜形状测定单元，根据由第一摄像光学系统取得的、第一视标的反射图像，调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的、第二视标的反射图像，测定受检者眼的角膜形状。

第二方式的角膜形状测定装置在第一方式的角膜形状测定装置的基础上，第一投影光学系统具有红外光源，通过红外光将第一视标投影到角膜上，第二投影光学系统具有可见光源，通过可见光将第二视标投影到角膜上。

第三方式的角膜形状测定装置在第一或第二方式的角膜形状测定装置的基础上，第二投影光学系统将具有比第一视标在角膜上的投影范围宽的视标，作为第二视标投影到角膜上。

第四方式的角膜形状测定装置在第一至第三方式中任意一项的角膜形状测定装置的基础上，

角膜形状测定单元包括：

第一角膜形状测定单元，根据由第一摄像光学系统拍摄的、第一视标的反射图像，测定受检者眼的角膜形状；以及

第二角膜形状测定单元，根据由所述第一角膜形状测定单元取得的角膜形状调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的、第二视标的反射图像，测定受检者眼的角膜形状。

第五方式的角膜形状测定装置在第一至第四方式中任意一项的角膜形状测定装置的基础上，第一摄像光学系统兼用为第二摄像光学系统。

附图说明

图1是本实施方式的角膜形状测定装置的简要结构图。

图2是由摄像光学系统拍摄的、第一视标图像和前眼部图像的示例，表示了监视器的显示摄像图像的状态。

图3是由摄像光学系统拍摄的、第二视标图像和前眼部图像的示例。

图4是说明使用第一视标图像测定角膜形状的手法的图。

附图标记说明

Claims (5)

1.一种角膜形状测定装置，测定受检者眼的角膜形状，所述角膜形状测定装置的特征在于，包括：

第一投影光学系统，向角膜投影第一视标；

第一摄像光学系统，拍摄在角膜上投影的第一视标的反射图像；

第二投影光学系统，为测定角膜形状，向角膜投影与所述第一视标不同的第二视标；

第二摄像光学系统，拍摄在角膜上投影的第二视标的反射图像；以及

计算控制器角膜形状测定单元，根据由所述第一摄像光学系统取得的第一视标的反射图像，调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的第二视标的反射图像，测定受检者眼的角膜形状。

2.根据权利要求1所述的角膜形状测定装置，其特征在于，

所述第一投影光学系统具有红外光源，通过红外光将第一视标投影到角膜上，

所述第二投影光学系统具有可见光源，通过可见光将第二视标投影到角膜上。

3.根据权利要求1或2所述的角膜形状测定装置，其特征在于，所述第二投影光学系统将具有比所述第一视标在角膜上的投影范围宽的视标，作为第二视标投影到角膜上。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的角膜形状测定装置，其特征在于，

计算控制器，角膜形状测定单元具备：

第一的第一角膜形状测定单元，根据由第一摄像光学系统拍摄的第一视标的反射图像，测定受检者眼的第一角膜形状；以及

第二角膜形状测定单元，根据由所述第一角膜形状测定单元取得的角膜形状调整第二投影光学系统的投影光量，并根据由第二摄像光学系统拍摄的第二视标的反射图像，测定受检者眼的第二角膜形状。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的角膜形状测定装置，其特征在于，所述第一摄像光学系统兼用为所述第二摄像光学系统。

Images