JP2003038442A - 角膜形状測定装置 - Google Patents

角膜形状測定装置

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JP2003038442A JP2001226132A JP2001226132A JP2003038442A JP 2003038442 A JP2003038442 A JP 2003038442A JP 2001226132 A JP2001226132 A JP 2001226132A JP 2001226132 A JP2001226132 A JP 2001226132A JP 2003038442 A JP2003038442 A JP 2003038442A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置を複雑化することなく、精度良く被検眼
と装置との位置合わせを行って、精度の高い周辺部の角
膜形状を測定する。 【解決手段】 被検眼Eに呈示するために光軸の周りに
対称に配置した複数個の固視標10を有し、被検眼Eに
呈示した固視標10ごとに、検査部16を予め設定され
ている方向にX軸モータ17、Y軸モータ18、Z軸モ
ータ19により所定距離移動して、眼屈折力測定用光源
6からの光束を被検眼Eに照射し、その反射光を求めて
眼屈折力測定手段7により測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検眼の角膜に視
標光束を投影し、その角膜反射像により角膜形状を測定
する角膜形状測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の角膜形状測定装置は、被検眼の角
膜にリング状スリット等の視標を投影してその反射像を
撮像素子などで撮像し、得られたリング状スリット等の
角膜反射像を解析することによって、角膜形状の情報を
曲率半径等の測定値として得ている。
【0003】また、装置光軸の周りに配置された複数の
固視標を順次に呈示して被検眼に固視させた状態で、角
膜周辺部にリング状スリット等の角膜測定視標を投影
し、その視標像を検出することにより角膜の周辺部の曲
率を測定する方法が、特許公報第2962845号で提
案されている。
【0004】更に、角膜形状測定装置おいて、被検眼の
角膜位置の変動による測定誤差を軽減するために、角膜
に位置合わせ用の視標光束を投影し、その角膜による反
射視標像を観察して位置合わせを行っている。
【0005】近年では、角膜に投影された位置合わせ用
の角膜反射視標像を光電的に検出して、その角膜反射視
標像と測定部の光軸とが一致するように、装置測定部が
固定された3軸方向に駆動する駆動手段を制御して、測
定部を被検眼に自動的に位置合わせする眼科装置が提案
されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例のような被検眼の角膜周辺部の形状を測定する角
膜形状測定装置では、先ず被検眼と装置との位置合わせ
を行い、所定位置関係になったときに装置光軸方向から
被検眼に固視標を呈示し、これを固視させて角膜中心形
状を測定し、次に例えば装置光軸に対し斜め上方向から
被検眼に固視標を呈示し固視させる。
【0007】このとき、被検眼に装置光軸に対し水平面
内の斜め方向から固視標を呈示して固視させた場合と、
装置光軸に対し鉛直面内の斜め方向から固視標を呈示し
て固視させた場合とでは、装置に対する被検眼の移動量
が異なることが、経験的に確認されている。
【0008】従って、角膜上に投影されたリング状のス
リット光などによる角膜形状測定用視標の角膜反射リン
グ像は、装置の光軸に対して偏心してしまうために、操
作者は再び被検眼と装置との位置合わせを行う必要が生
ずる。
【0009】そして、この位置合わせが終了すると、角
膜の第1の周辺部の測定を行うが、このとき被検眼は装
置光軸に対し斜め上方を向いているので、角膜形状測定
用視標からの光束は角膜の下方の周辺部を照明すること
になる。このために、固視標の投影方向を斜め右、斜め
下、斜め左の方向から呈示して固視させ、その度毎に位
置合わせをし直し、角膜の左方、上方、右方の周辺部を
順次に測定することになる。
【0010】このように従来の装置は、操作が非常に煩
雑なために操作者の技量と熟練を必要とし、位置合わせ
の再現性に欠けるので、安定した測定を行うことが困難
である。
【0011】本発明の目的は、上述の課題を解決し、構
成を複雑化することなく、精度良く被検眼と装置との位
置合わせが可能で、かつ精度の高い周辺部の角膜形状を
測定する角膜形状測定装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る角膜形状測定装置は、被検眼の角膜の曲
率を測定する測定手段と、角膜の中心部の角膜形状を測
定するための中心固視標と、角膜の周辺部の角膜形状を
測定するために前記測定手段の測定用光軸の周りの複数
個所から固視標を呈示する周辺測定用固視標と、被検眼
に位置合わせ用光束を投影し角膜による位置合わせ用光
束の反射像を光電的に検出する被検眼位置検出手段と、
少なくとも前記測定手段と前記中心固視標と前記周辺測
定用固視標と前記被検眼位置検出手段とを含む光学系を
保持する筐体と、該筐体を3軸方向に移動する駆動手段
とを有する角膜形状測定装置において、前記複数個所の
周辺測定用固視標の内、呈示した周辺固視標の位置に応
じて、前記筐体を角膜中心部の形状測定位置から異なる
方向に異なる距離移動する制御手段を有することを特徴
とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明を図示の実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。図1は本実施の形態の構成図を示
し、被検眼Eに対向してダイクロイックミラー1を配置
し、ダイクロイックミラー1の透過方向の光路O1上に
は、眼屈折力測定用対物レンズ2、ビームスプリッタ
3、投影レンズ4、ピンホールを有する指標板5、近赤
外光を発する眼屈折力測定用光源6を順次に配列する。
また、ビームスプリッタ3の反射方向の光路O2上に、
眼屈折力測定手段7を配置する。
【0014】一方、ダイクロイックミラー1の反射方向
の光路O3上には、角膜形状測定用対物レンズ8、ダイ
クロイックミラー9、図2に示すように光軸中心と光軸
外の同心円上に緑色の光を発する複数のLED10a〜
10iを配置した固視標10を配列し、固視標10は眼
底と略共役な位置に配置する。また、ダイクロイックミ
ラー9の反射方向の光路O4上には、結像レンズ11、
光路O4に挿脱可能なピンホール状の角膜形状測定用絞
り板12、CCDカメラなどの二次元撮像素子13を配
列する。
【0015】更に、被検眼Eとダイクロイックミラー1
の間には、光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用
光源14を配置し、その外側には1対の前眼部照明用光
源15a、15bを光軸と対称に配置する。このリング
状の角膜形状測定用光源14と前眼部照明用光源15
a、15bは、眼屈折力測定用光源6の波長よりも10
0nm程短い波長の近赤外光を発する。
【0016】そして、ダイクロイックミラー1から二次
元撮像素子13までの部材、及び角膜形状測定用光源1
4と前眼部照明用光源15a、15bは、1個の筐体に
保持して検査部16を形成する。この検査部16は図示
しない架台上に載置し、架台には検査部16を水平方向
に動かすX軸用モータ17、鉛直方向に動かすY軸用モ
ータ18、装置光軸である光路O1方向に動かすZ軸用
モータ19を取り付け、電動によりX、Y、Zの3軸方
向に移動可能としている。
【0017】ここで、ダイクロイックミラー1は眼屈折
力測定用光源6が発する波長の光の大部分を透過して一
部分を反射し、また可視光と前眼部照明用光源15a、
15b及びリング状の角膜形状測定用光源14が発する
波長の光を反射する特性を有している。また、ダイクロ
イックミラー9は可視光を透過し、近赤外光を反射する
特性を有している。
【0018】更に、装置の全ゆる制御を行うために演算
処理部20を設け、撮像素子13の出力はA/D変換器
21、画像メモリ22を介して演算処理部20に接続す
る。また、演算処理部20の出力は、D/A変換器23
を介してテレビモニタ24に接続し、更に各モータ1
7、18、19の駆動制御を行う駆動制御部25、操作
者が装置を操作するためのスイッチなどを配置した操作
部26に接続する。
【0019】この他に図1では省略したが、リング状の
角膜形状測定用光源14と前眼部照明用光源15a、1
5b、眼屈折力測定用光源6、角膜形状測定用絞り板1
2を挿脱するためのモータなどを演算処理部20に接続
している。
【0020】以上の構成により、初めに位置合わせを行
う。図示しない顎受け台に被検者の顔を固定し、操作者
はテレビモニタ24に被検眼Eの像が写っていることを
確認する。次に、操作者は操作部26に設けたモード選
択スイッチを操作して周辺角膜形状測定モードを選択
し、操作部26に設けた測定開始スイッチを押す。
【0021】装置が測定動作を開始し、固視標10の光
軸中心に配置したLED10aが点灯し、被検眼Eに呈
示され固視させる。同時に、前眼部照明用光源15a、
15bにより被検眼Eが照明される。前眼部照明用光源
15a、15bによる前眼部付近からの反射散乱光はダ
イクロイックミラー1を反射し、角膜形状測定用対物レ
ンズ8により略平行光とされ、ダイクロイックミラー9
を反射し、結像レンズ11により測定用絞り12を介し
て、二次元撮像素子13上に結像する。
【0022】そして、二次元撮像素子13の出力信号は
A/D変換器21によってデジタル信号に変換され、演
算処理部20、D/A変換器23を介して、テレビモニ
タ24上に前眼部像E’として映し出される。同時に、
デジタル信号に変換された前眼部像E’のデータは画像
メモリ22に記憶され、この記憶された前眼部像データ
から、演算処理部20は被検眼Eの瞳孔を抽出して瞳孔
中心位置を検出する。
【0023】この瞳孔中心位置の検出方法は、例えば被
検眼前眼部を十分に照明すると、前眼部像E’の明るさ
は瞳孔が最も暗く、虹彩、強膜の順で明るくなるため
に、適当な閾値で2値化処理することによって瞳孔の境
界を求めることができ、これにより瞳孔中心位置を算出
することができる。
【0024】瞳孔中心位置が検出されると、演算処理部
20は検査部16の光軸と瞳孔中心位置との光軸に垂直
な面内でのずれ量を算出し、それらが一致するように駆
動制御部25を介してX軸用モータ17とY軸用モータ
18を制御する。1回目の瞳孔中心位置検出及びモータ
駆動が終了すると、演算処理部20は再び瞳孔中心位置
検出を行い、装置測定光軸とのずれ量が予め設定した許
容内にあるかを判断する。
【0025】許容内にない場合には、演算処理部20は
検査部16の光軸と瞳孔中心位置との光軸が一致するよ
うに、再び駆動制御部25を介しX軸用モータ17及び
Y軸用モータ18を制御し、再度瞳孔中心位置と装置測
定光軸とのずれ量が許容内にあるかを判断する。
【0026】許容内にあると判断した場合には、演算処
理部20は眼屈折力測定用光源6を点灯する。眼屈折力
測定用光源6から射出した光束は、指標板5を照明し、
そのピンホール部を透過し、投影レンズ4を介して一旦
眼屈折力測定用対物レンズ2の後側焦点面近傍で指標板
5のピンホールの像を形成した後に、対物レンズ2によ
り略平行光とされ、その大部分がダイクロイックミラー
1を透過して被検眼Eに達する。
【0027】被検眼Eに達した光束は角膜Ecにより反
射され、角膜曲率中心と角膜頂点の中点位置に反射光束
の角膜反射視標像Pを形成し、その光束の一部がダイク
ロイックミラー1で反射され、角膜形状測定用対物レン
ズ8により略平行光とされ、ダイクロイックミラー9に
より光路O4に偏向され、結像レンズ11により二次元
撮像素子13上に達して前眼部像と共に撮像され、A/
D変換器21によりデジタル化されて画像メモリ22に
記憶される。
【0028】次に、演算処理部20は画像メモリ22に
記憶された画像情報から、角膜視標像Pの重心位置及び
ピント状態を検出する。角膜視標像Pは前眼部像の中で
最も明るいので、この角膜視標像Pの重心位置は、適当
な閾値で2値化処理することによって求めることがで
き、同時に角膜視標像Pの走査線方向の微分波形などに
より、角膜視標像Pのピント状態の検出も行う。なお、
角膜視標像Pの検出が困難な場合には、前眼部照明用光
源15a、15bを消灯すれば、容易に角膜視標像Pの
検出を行うことができる。
【0029】演算処理部20は角膜視標像Pの重心位置
が検出されると、検査部16の光軸と角膜視標像Pの重
心位置との光軸に垂直な面内でのずれ量を算出し、それ
らが一致するようにX軸用モータ17とY軸用モータ1
8を駆動制御部25を介して制御する。そして、角膜視
標像Pのピント状態が許容内にない場合は、Z軸用モー
タ19を駆動制御部25を介して所定量駆動する。
【0030】1回目の角膜視標像Pの重心位置及びピン
ト状態の検出及びモータ駆動が終わると、演算処理部2
0は再び角膜視標像Pの重心位置及びピント状態の検出
を行い、X方向とY方向の装置測定光軸とのずれ量が予
め設定してある許容内にあるかを判断し、ピント状態の
変化を比較する。
【0031】ピント状態の変化を比較して、ピント状態
が良くなっている場合には、再び前回と同じ方向にZ軸
用モータ19を所定量駆動し、ピント状態が悪くなって
いる場合には、前回とは逆方向にZ軸用モータ19を所
定量駆動して、再びピント状態の変化を比較する。演算
処理部20は検出したピント状態が許容内に入るまでこ
の動作を繰り返す。
【0032】このようにして、被検眼Eと検査部16と
の位置合わせが終了すると、演算処理部20は既知の方
法で被検眼Eの屈折力を測定し、固視標10を被検眼E
の眼底と共役な位置に光路O3に沿って移動する。ここ
で、演算処理部20は再び角膜視標像Pの重心位置及び
ピント状態の検出を行って、被検眼Eと検査部16との
位置合わせを行う。
【0033】被検眼Eと検査部16との位置合わせが終
了すると、演算処理部20は角膜中心部の角膜形状測定
を開始する。先ず、演算処理部20は光軸を中心とした
リング状の角膜形状測定用光源14を点灯すると同時
に、光路O4にピンホール状の角膜形状測定用絞り板1
2を挿入する。
【0034】角膜形状測定用光源14から発した光束
は、角膜Ecにより反射されてリング状の角膜測定リン
グ像を形成し、ダイクロイックミラー1で反射され角膜
形状測定用対物レンズ8により略平行光とされ、更にダ
イクロイックミラー9で反射され、結像レンズ11によ
り角膜形状測定用絞り板12を介して二次元撮像素子1
3上に結像し、テレビモニタ24に映出される。このと
き、ピンホール状の角膜形状測定用絞り板12によって
被検眼Eと装置との距離が変動しても、角膜Ecに投影
された角膜形状測定用光源14による二次元撮像素子1
3上の角膜反射像の大きさが変動しないように、角膜形
状測定用光源14からの光束は制限されている。
【0035】図3はこのときに、D/A変換器23を介
してテレビモニタ24上に映し出された被検眼像E’で
ある。Rは角膜形状測定用光源14の角膜反射像である
角膜測定リング像、Pは眼屈折力測定用光源6の角膜反
射像である角膜視標像、Aは画面に合成された位置合わ
せ視標である。
【0036】二次元撮像素子13の出力信号は、A/D
変換器21によってデジタル信号に変換され、画像メモ
リ22に記憶される。演算処理部20は記憶されたデー
タからリング状の角膜測定リング像Rを楕円に近似し
て、角膜中心部の角膜形状をトーリック面として求め
る。
【0037】図4及び図5は、周辺部の角膜形状測定を
行う際に,被検眼Eに固視標10のLED10b及びL
ED10eを呈示して、固視させた場合の様子を示して
いる。図4は被検眼がLED10bを固視した、つまり
右斜め方向を固視している場合、図5はLED10eを
固視した、つまり上斜め方向を固視している場合であ
る。
【0038】装置光軸に対して同じ所定角度で右斜め方
向を固視した場合と、上斜め方向を固視した場合とで
は、被検眼Eの検査部16に対する移動量が異なり、右
斜め方向を固視した場合の方がより大きく移動すること
が経験的に確認されている。また、右斜め方向を固視し
た場合と、左斜め方向を固視した場合の被検眼Eの検査
部16に対する移動量はほぼ等しく、上斜め方向を固視
した場合と下斜め方向を固視した場合の被検眼Eの検査
部16に対する移動量は、ほぼ等しいことも確認されて
いる。
【0039】図6は装置光軸に対して或る角度から投影
された固視標を、被検眼Eが固視している様子を簡略的
に示している。Iは被検眼Eの固視方向、Pは位置合わ
せのための角膜視標像Pである。角膜視標像Pは光路O
1と平行照明光の角膜Ecによる反射像なので、角膜曲
率中心から光路O1と平行方向へ角膜曲率半径の1/2
の距離の位置にある。このように、被検眼Eが装置光軸
に対して或る角度方向を固視した場合には、被検眼Eの
装置に対する位置は移動し、位置合わせのための角膜視
標像Pも装置光軸からΔだけ偏心した位置に現れる。
【0040】角膜中心部の角膜形状測定が終了すると、
第1の角膜周辺の形状測定を開始する。演算処理部20
は測定した角膜中心部の角膜形状の乱視軸方向を求め、
その弱主経線方向に最も近い方向と、それと直交する方
向の4つの固視標を、LED10b〜LED10iの中
から選択する。ここでは、被検眼Eの角膜乱視の弱主経
線方向が0度方向、つまりLED10b、LED10d
の方向であるとしている。
【0041】演算処理部20は4つの固視標LED10
b、LED10c、LED10d、LED10eを選択
し、初めに第1の固視標であるLED10bを点灯して
被検眼Eに呈示する。被検眼EがLED10bを固視す
ると、図4に示すような観察像がテレビモニタ24に写
し出される。次に、演算処理部20は駆動制御部25を
介してX軸モータ17を制御し、検査部16を被検眼E
に向かって左方に予め設定されている距離だけ移動す
る。テレビモニタ24上では、図7に示すように角膜測
定リング像Rと角膜視標像Pはほぼその中心に位置す
る。
【0042】次に、操作者は操作部26に設けた測定開
始スイッチを押す。演算処理部20は一旦角膜形状測定
用光源14を消灯し、二次元撮像素子13からの出力を
A/D変換器21によりデジタル化して画像メモリ22
に記憶し、この画像情報から角膜視標像Pの重心位置及
びピント状態を検出する。このとき、被検眼Eの移動方
向に予め検査部16を移動させているので、角膜視標像
Pが画像の中心付近に存在することになり、容易に角膜
視標像Pの重心位置及びピント状態を検出することがで
きる。
【0043】演算処理部20は上述の位置合わせと同様
な制御を行い、被検眼Eと検査部16との位置合わせを
完了させる。位置合わせが完了すると、中心部の角膜形
状測定と同様に、光軸を中心としたリング状の角膜形状
測定用光源14を点灯し、同時に光路O4にピンホール
状の角膜形状測定用絞り板12を挿入し、二次元撮像素
子13に結像した角膜測定リング像Rを画像メモリ22
に記憶する。記憶されたデータからリング状の角膜測定
リング像Rを楕円に近似し、第1の周辺部の径線方向の
角膜形状を求める。
【0044】第1の周辺部の角膜形状測定が終了する
と、第2の角膜周辺の形状測定を開始する。演算処理部
20は第2の固視標であるLED10eを点灯し、被検
眼Eに呈示し固視させる。同時に、駆動制御部25を介
してX軸用モータ17及びY軸用モータ18を制御し、
検査部16を中心部の角膜形状測定を行った位置から上
方に、予め設定されている距離だけ移動する。これによ
り、第1の周辺部の角膜形状測定時と同様に、角膜測定
リング像Rと角膜視標像Pは、ほぼテレビモニタ24の
中心に位置するようになる。
【0045】装置光軸に対して同じ所定角度で、右斜め
方向を固視した場合よりも上斜め方向を固視した場合の
方が、被検眼Eの検査部16に対する移動量が小さいの
で、第2の周辺部の角膜形状測定時の検査部16の移動
量は、第1の周辺部の角膜形状測定時の検査部16の移
動量よりも小さく設定されている。
【0046】次に、操作者は操作部26の測定開始スイ
ッチを押す。演算処理部20は第1の周辺部の角膜形状
測定時と同様の制御を行い、第2の周辺部の径線方向の
角膜形状を求める。以後、同様に第3の固視標であるL
ED10d、及び第4の固視標であるLED10cを被
検眼Eに固視させて、第3、第4の周辺部の角膜形状を
測定する。
【0047】本実施の形態では、角膜周辺部の角膜形状
測定の際に、第1の固視標を呈示した後に測定動作を待
機するようにしたが、所定時間待機した後で自動的に位
置合わせを行って第1の周辺部の角膜形状測定を完了
し、第2の固視標を呈示して所定時間待機した後に、自
動的に位置合わせを行って、第2の周辺部の角膜形状測
定を完了し、以降同様に第3、第4の周辺部の角膜形状
測定を連続的に自動で行うようにしてもよい。
【0048】また、被検眼Eの中心部の角膜乱視の弱主
経線の方向が45度又は135度に近い場合には、固視
標10の複数のLED10a〜10iの内、LED10
f、LED10g、LED10h、LED10iを選択
する。この場合には、被検眼Eに固視標10を呈示した
後に、駆動制御部25を介してX軸用モータ17、Y軸
用モータ18を制御して検査部16を移動させる距離
は、全て同じ所定の移動量である。
【0049】更に本実施の形態では、角膜形状測定用対
物レンズ8を介して固視標10を被検眼Eに呈示する構
成としたが、角膜形状測定用光源14の内側に光軸対称
に同心円状に複数個配置してもよい。この場合には、被
検眼Eに固視標10を固視させた後に検査部16を移動
すると、固視標10の方向も変ってしまうが、予め設定
される検査部16の移動量を、そのために移動する固視
標10の移動量を考慮して設定するようにしてもよい。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る角膜形
状測定装置は、角膜の周辺部を測定するために、光軸周
りに対称に配置された複数の固視標を設け、被検眼に呈
示した固視標毎に検査部を予め設定されている方向へ所
定距離移動することによって、被検眼と装置との位置合
わせを容易に行うことができるので、短時間で角膜周辺
部の形状測定を実施することができる。
【0051】更に簡単な構成で、装置が自動的に固視の
誘導、位置合わせ及び測定を行うことができるので、操
作者の技量や熟練度に関係なく、安定した高い精度の測
定を常に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態の構成図である。
【図2】固視標の正面図である。
【図3】被検眼像の説明図である。
【図4】被検眼像の説明図である。
【図5】被検眼像の説明図である。
【図6】角膜位置の移動の説明図である。
【図7】被検眼像の説明図である。
【符号の説明】
2、8 対物レンズ 5 指標板 6 眼屈折力測定用光源 7 眼屈折力測定手段 10 固視標 10a〜10i LED 12 角膜形状測定用絞り 13 二次元撮像素子 14 角膜形状測定用光源 15a、15b 前眼部照明用光源 16 検査部 17〜19 モータ 20 演算処理部 22 画像メモリ 24 テレビモニタ 25 駆動制御部 26 操作部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検眼の角膜の曲率を測定する測定手段
    と、角膜の中心部の角膜形状を測定するための中心固視
    標と、角膜の周辺部の角膜形状を測定するために前記測
    定手段の測定用光軸の周りの複数個所から固視標を呈示
    する周辺測定用固視標と、被検眼に位置合わせ用光束を
    投影し角膜による位置合わせ用光束の反射像を光電的に
    検出する被検眼位置検出手段と、少なくとも前記測定手
    段と前記中心固視標と前記周辺測定用固視標と前記被検
    眼位置検出手段とを含む光学系を保持する筐体と、該筐
    体を3軸方向に移動する駆動手段とを有する角膜形状測
    定装置において、前記複数個所の周辺測定用固視標の
    内、呈示した周辺固視標の位置に応じて、前記筐体を角
    膜中心部の形状測定位置から異なる方向に異なる距離移
    動する制御手段を有することを特徴とする角膜形状測定
    装置。
  2. 【請求項2】 前記制御手段は、被検眼に上方又は下方
    を固視させた場合よりも左方又は右方を固視させた場合
    の方が、角膜中心部の形状測定位置から前記筐体を移動
    する移動量が大きくなるように制御する請求項1に記載
    の角膜形状測定装置。
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