JP2003116791A

JP2003116791A - 眼科計測装置

Info

Publication number: JP2003116791A
Application number: JP2001319564A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumura; 勲松村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】色が時間と共に連続して変化するパルス光を
被検眼に投影し、反射光を所定のタイミングで切り出
し、分光手段でこの切出画像の分光分布特性を求め、被
検眼の三次元情報を得る。【解決手段】レーザー光源６から出射されたパルス光
を、チャープ光発生手段５において非線形光学効果を生
じさせ、色が規則的に経時変化するパルス光とする。こ
のパルス光をリレーレンズ４、照明側開口絞り３をを経
て対物レンズ１により被検眼Ｅの眼底Ｅｒに照射する。
この眼底Ｅｒでの反射光は対物レンズ１を経てビームス
プリッタ２で反射され、受光側開口絞り７、投影レンズ
８、超高速光学シャッタ９を経て二次元カラー画像撮像
手段１０に投影される。レーザー光源６、超高速光学シ
ャッタ９はタイミング手段１１のタイミングによって同
調して作動する。得られた二次元カラー画像撮像手段１
０の出力を分光して観察することにより、三次元情報を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１つのパルス光の
先端から末尾にかけて色が時間と共に連続的に変化する
パルス光を用いた眼科計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の眼科計測においては、被検眼に指
標を投影し、被検眼から反射された指標像のぼけやずれ
等から被検眼の距離や形状を求めていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例においては、三次元情報を得るには光走査等による
手間や時間的な遅れ、被検眼からの反射光強度のばらつ
きや指標の粗さの限界等による精度上の限界がある。

【０００４】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、１つのパルス光の先端から末尾にかけて色が時間と
共に連続して変化するパルス光を被検眼に投影し、被検
眼から反射したパルス光をシャッタにより所定のタイミ
ングで切り出し、分光手段でこの切出画像の分光分布特
性を求めることにより、時間的な遅れがなく被検眼の三
次元情報を得ることができる眼科計測装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る眼科計測装置は、１つのパルス光の先端
から末尾にかけて色が時間と共に連続して変化するパル
ス光を被検眼に向けて投影する投影光学系と、被検眼の
所定部位から反射した前記パルス光を受光する受光光学
系と、該受光光学系中に配置し被検眼から反射した前記
パルス光を所定のタイミングで切り出すシャッタと、該
シャッタにより切り出した光を受光する受光手段及び分
光する分光手段と、該分光手段を介して得られた情報か
ら分光分布特性を算出する算出手段と、該算出手段で得
た前記分光分布特性を表示する表示手段とを有すること
を特徴とする。

【０００６】本発明に係る眼科計測装置は、１つのパル
ス光の先端から末尾にかけて色が時間と共に連続して変
化するパルス光を被検眼に向けて投影する投影光学系
と、被検眼の所定部位から反射した前記パルス光を受光
する受光光学系と、該受光光学系中に配置し被検眼から
反射した前記パルス光を所定のタイミングで切り出すシ
ャッタと、前記受光光学系を介して被検眼からの反射光
を撮像するカラー画像撮像手段からカラー画像を取得す
る取得手段と、前記カラー画像撮像手段に記録した情報
を分光分析する分光分析手段と、該分光分析手段から分
光分布特性を算出する算出手段と、該算出手段で得た分
光分布特性を表示する表示手段とを有することを特徴と
する。

【０００７】

【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は第１の実施の形態における
構成図を示し、被検眼Ｅの前方には、対物レンズ１、ビ
ームスプリッタ２、照明側開口絞り３、リレーレンズ
４、チャープ光発生手段５、超短パルス光を出射するモ
ード同期チタンサファイアレーザー光源６を順次に配列
する。ビームスプリッタ２の反射方向には、照明側開口
絞り３と共役に配置した受光側開口絞り７、投影レンズ
８、二硫化炭素分子液体の超高速非線形光学シャッタ
９、二次元カラー画像撮像手段１０を順次に配置する。
また、レーザー光源６、超高速光学シャッタ９には或る
タイミングで画像を切り出すことのできるタイミング手
段１１の出力を接続する。

【０００８】二次元カラー画像撮像手段１０は対物レン
ズ１、ビームスプリッタ２、開口絞り７、投影レンズ
８、超高速光学シャッタ９に関して、被検眼Ｅの眼底Ｅ
ｒと共役位置に配置する。また、投影レンズ８は受光側
開口絞り７が前側焦点位置となるように配置しており、
投影レンズ８を通過した眼底Ｅｒからの光を集光させ
る。

【０００９】レーザー光源６から出射されたパルス光
を、チャープ光発生手段５において屈折率の高い極めて
細いコアを有する光ファイバに光を閉じ込めて導波する
ことにより、非線形光学効果を生じさせ光パルスの周波
数変調を起こさせ、色が規則的に経時変化するパルス光
を発生させることができる。リレーレンズ４、照明側開
口絞り３を経たパルス光はビームスプリッタ２を通過後
に、対物レンズ１により被検眼Ｅの虹彩付近に集光し、
眼底Ｅｒに照射される。この眼底Ｅｒで反射された光は
再び虹彩を出て対物レンズ１に入射し、ビームスプリッ
タ２で反射され、受光側開口絞り７、投影レンズ８、超
高速光学シャッタ９を経て二次元カラー画像撮像手段１
０に投影される。レーザー光源６からのパルス光はタイ
ミング手段１１からのタイミングによって得られ、超高
速光学シャッタ９はそのパルス光に同調して作動する。

【００１０】図２は二次元カラー画像撮像手段１０で得
られる色画像の切り出しの説明図を示しており、被検物
体Ｓで反射したパルス光は被検物体Ｓの高さにより、そ
の進行位置が異なり、高位置で反射したパルス光Ｌ１は
低位置で反射したパルス光Ｌ２よりも進行した位置にあ
る。

【００１１】チャープ光はパルスの先端が末尾よりも波
長が長く、切出タイミング軸上での切出タイミングＡに
着目すると、高位置で反射したパルス光Ｌ１と低位置で
反射したパルス光Ｌ２の共通の切出位置Ｂでは、周波数
ｆは異なり、切り出された二次元画像において、前者は
後者と比較して青寄りの色画像Ｃｂ、言い換えれば後者
は前者よりも赤寄りの色画像Ｃｒが得られる。

【００１２】色画像Ｃｂ、Ｃｒは被検物体Ｓの位置情報
との対比において表示されるものであり、高さや深さ情
報は表面又は一面のみのものである。

【００１３】図３は複数の深さや距離情報を得る第２の
実施の形態である多層計測システムの構成図を示し、図
１と同じ符号は同じ部材を示しており、超高速シャッタ
９と二次元カラー画像撮像手段１０との間に、ライン状
分光プリズム２１を取り付けた基板２２を配置する。光
源部、即ち超短パルス光の発生部分は、図１と同様であ
り省略している。

【００１４】照明側開口絞り３を経たパルス光はビーム
スプリッタ２を通過後に、対物レンズ１により被検眼Ｅ
の虹彩付近に集光し、眼底Ｅｒに照射される。この眼底
Ｅｒで反射された光は再び虹彩を出て対物レンズ１に入
射し、ビームスプリッタ２で反射され、受光側開口絞り
７、投影レンズ８、超高速光学シャッタ９、基板２２上
のライン状分光プリズム２１を経て、二次元カラー画像
撮像手段１０に投影される。

【００１５】図２において、高位置で反射したパルス光
Ｌ１と低位置で反射したパルス光Ｌ２が同一の進行軸上
にある場合、即ち多層計測の場合は、高位置で反射した
パルス光Ｌ１と低位置で反射したパルス光Ｌ２は重なり
合うため、一方がより進行した位置にありながら、この
場合は二次元カラー画像撮像手段１０では分離できない
ことになる。

【００１６】図４はライン状分光プリズム２１の正面
図、図５はその２層計測の説明図を示し、基板２２の前
面の分光プリズム２１以外の個所は遮光板２３により覆
っている。例えば、被検物体Ｓが二層構造の場合におい
て、第１座標点Ｓ１において、眼底Ｅｒからの光は分光
プリズム２１により例えば赤色光線Ｌａと青色光線Ｌｂ
のように分光プリズム２１の頂角に見合った２方向に分
離され、二次元カラー画像撮像手段１２では赤色画像信
号Ｐａ、青色画像信号Ｐｂとして認識される。なお、こ
の分離量に関しては、第２座標点Ｓ２においてもその位
置に対応した大きさとなる。

【００１７】ここで、図５に示すように分光プリズム２
１以外の場所を遮光板２３で覆っておくと、ライン状分
光プリズム２１の長さに相当した線上の深さ又は高さ情
報が得られることになる。

【００１８】本実施の形態においては、被検物体Ｓが２
層構造の場合について説明したが、更に多層の場合に
は、層数に見合った色分離数となる。図６は被検物体Ｓ
が３層構造の場合の二次元カラー画像撮像手段１０上の
各層を示し、第１座標点における３層位置Ｐａ、Ｐｂ、
Ｐｃ、第２座標点における３層位置Ｐａ’、Ｐｂ’、Ｐ
ｃ’、更には第３座標点以降の３層位置を求めることに
より、経線上の３層構造が数値的に得られる。なお、層
数はこれに限定されるものではなく、多層構造の解析が
可能である。

【００１９】図７は基板２２面上にライン状分光プリズ
ム２１の代りに、多数のプリズムブロック２４を規則正
しく並べた状態を示している。この場合においては、プ
リズムブロック２４によりその位置での層数分離が可能
であるが、例えばプリズムブロック２４’による３層分
離画像は、図８に示す二次元カラー画像撮像素装置１０
上で座標位置Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃとして示され、規則正し
く並べられた他のプリズムブロック２４からも同様の結
果が得られる。

【００２０】なお、プリズムブロック２４を並べる代り
に、フレネルプリズムを使用し、測定座標位置以外は遮
光板２２により遮光することによっても、同様の効果が
期待できる。

【００２１】図９は二次元カラー画像撮像手段１０の代
りに、カラーフィルム３１を配置した第３の実施の形態
を示しており、カラーフィルム３１によりカラー画像を
撮像する。このカラーフィルム３１に記録された画像は
分光器で画像の色分析を行うことにより、更に詳細な位
置座標と距離又は深さマップを作成することができる。

【００２２】図１０はカラーフィルム画像の分析装置の
構成図を示し、白色光源３２の前方に、コンデンサレン
ズ３３、カラーフィルム３４、結像レンズ３５、分光器
３６を配置する。

【００２３】白色光源３２からの光はコンデンサレンズ
３３等を介して、カラーフィルム３４上に集光されてス
ポット照明される。カラーフィルム３４を透過した光は
分光器３６にその光束取込窓３６ａを介して入射し分光
される。

【００２４】ここで、カラーフィルム３４をフィルム平
面内で平面走査すると、カラーフィルム３４の全画面で
座標ごとの分光情報が得られる。この分光情報により、
色情報と被検物体Ｓの層構造との対応で平面内での層構
造、即ち立体構造を求めることができる。

【００２５】図１１、図１２、図１３はそれぞれカラー
フィルム３４におけるカラー画像分布を３層の各層にお
けるイソプタ表示を示しており、何れも反射面の高さに
よって１層面の第１等高線１１、第２等高線１２、第３
等高線１３、第４等高線１４、第５等高線１５、２層面
の第１等高線２１、第２等高線２２、第３等高線２３、
第４等高線２４、第５等高線２５、３層面の第１等高線
３１、第２等高線３２、第３等高線３３、第４等高線３
４、第５等高線３５等となる。

【００２６】図１４はカラーフィルム３４でのカラー画
像分布を３層の各層においてイソプタ表示したものであ
り、撮像領域Ｒの中に１層目として、複数のカラー分布
Ｄ１、Ｄ２などが表示される。これらのカラー分布Ｄ
は、高さ情報に変換されるものであり、詳細な色と高さ
の関係はカラースケール４１によって表示される。

【００２７】また、この高さ情報は種々の断面での値と
して表示することが可能であり、例えば断面Ｘにおける
高さは、スケール４２と標高線Ｈ１で示される。

【００２８】更に、このカラー分布は例えば３層表示と
すると、各層切換えで表示することができ、断面Ｘにお
いては標高線Ｈ１と合成して、例えば標高線Ｈ２、Ｈ３
として表示することができる。なお、断面は自由に回転
移動可能であり、第２の断面Ｘ’を取ればそれに応じた
標高線が描かれる。また、測定対象である眼底像をカラ
ー画像分布のイソプタ表示画面に重ねて表示することも
可能である。

【００２９】図１５はアフォーカル受光系による第４の
実施の形態を示し、前眼部計測を可能としている。光学
系は図１と同一の符号は同一の部材を示し、対物レンズ
１と被検眼Ｅの間にアダプタレンズ５１を配置する。な
お、被検眼前眼部Ｅｐはアダプタレンズ５１、対物レン
ズ１、ビームスプリッタ２、受光側開口絞り７、投影レ
ンズ８、超高速非線形光学シャッタ９に関して、二次元
カラー画像撮像手段１０と共役位置に配置する。

【００３０】照明側開口絞り３からの光はビームスプリ
ッタ２を通過後に、対物レンズ１により一旦集光し、集
光位置を後側焦点位置に配置したアダプタレンズ５１に
より平行光となり、被検眼Ｅに向かい前眼部Ｅｐで反射
される。

【００３１】前眼部Ｅｐで反射された光は、再びアダプ
タレンズ５１を経て対物レンズ１に入射し、ビームスプ
リッタ２で反射された後に、受光側開口絞り７、投影レ
ンズ８、超高速非線形光学シャッタ９を経て二次元カラ
ー画像撮像手段１０に投影される。この反射光をタイミ
ング手段１１により或るタイミングで切り出すと、前眼
部Ｅｐの形状に応じた色の分布を持った二次元の色画像
が得られる。

【００３２】また、画像の扱い表示に関しては、図３〜
図１４で述べた内容に準ずることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る眼科計
測装置は、１つのパルス光の先端から末尾にかけて色が
時間と共に連続して変化するパルス光を被検眼に投影
し、被検眼から反射した前記パルス光をシャッタにより
所定のタイミングで切り出し、分光手段でこの切出画像
の分光分布特性を求めることにより、時間的な遅れなく
被検眼の三次元情報を得ることができる。また、光走査
などの特別な操作を必要とすることもなく、極短時間に
言い換えれば高速で変動している場合においても、被検
眼の三次元形状測定が可能である。

【００３４】更に、本発明に係る眼科計測装置は、被検
対象物と二次元カラー画像撮像手段とを光学的に略共役
に保つことにより、測定値と測定位置を正確に対応させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の構成図である。

【図２】反射パルス光から色画像を切り出す場合の説明
図である。

【図３】第２の実施の形態の構成図である。

【図４】ライン状分光プリズムの正面図である。

【図５】ライン状分光プリズムによる２層計測の原理図
である。

【図６】被検物体Ｓが３層構造の場合の二次元カラー画
像撮像手段上での各層の説明図である。

【図７】基板面上に並べた多数のプリズムブロックの正
面図である。

【図８】二次元カラー画像撮像手段上で座標位置の説明
図である。

【図９】第３の実施の形態の構成図である。

【図１０】カラーフィルム分析装置の説明図である。

【図１１】カラー画像分布のイソプタ表示の説明図であ
る。

【図１２】カラー画像分布のイソプタ表示の説明図であ
る。

【図１３】カラー画像分布のイソプタ表示の説明図であ
る。

【図１４】カラーフィルムのカラー画像分布のイソプタ
表示の説明図である。

【図１５】第４の実施の形態の構成図である。

【符号の説明】

１対物レンズ２ビームスプリッタ３照明側開口絞り５チャープ光パルス発生手段６モード同期チタンサファイアレーザー光源７受光側開口絞り８投影レンズ９超高速非線形光学シャッタ１０二次元カラー撮像手段１１タイミング装置２１ライン状プリズム２２基板２３遮光板２４ブロックプリズム３１、３４カラーフィルム３２白色光源３５結像レンズ３６分光器５１アダプタレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つのパルス光の先端から末尾にかけて
色が時間と共に連続して変化するパルス光を被検眼に向
けて投影する投影光学系と、被検眼の所定部位から反射
した前記パルス光を受光する受光光学系と、該受光光学
系中に配置し被検眼から反射した前記パルス光を所定の
タイミングで切り出すシャッタと、該シャッタにより切
り出した光を受光する受光手段及び分光する分光手段
と、該分光手段を介して得られた情報から分光分布特性
を算出する算出手段と、該算出手段で得た前記分光分布
特性を表示する表示手段とを有することを特徴とする眼
科計測装置。
【請求項２】前記投影光学系は、対物レンズと、該対
物レンズに関して被検眼前眼部と略共役に配置した第１
の開口絞りとを有し、前記受光光学系は、前記対物レン
ズに関して被検眼前眼部と略共役に配置した第２の開口
絞りと、該第２の開口絞りが前側焦点位置になるように
配置した投影レンズとを有することを特徴とする請求項
１に記載の眼科計測装置。
【請求項３】被検眼の前記所定部位は眼底であり、前
記投影光学系は、対物レンズと、該対物レンズに関して
被検眼前眼部と略共役に配置した第１の開口絞りとを有
し、前記受光光学系は、前記対物レンズに関して被検眼
前眼部と略共役に配置した第２の開口絞りと、該第２の
開口絞りが前側焦点位置になるように配置した投影レン
ズとを有し、前記受光手段は前記受光光学系に関して眼
底と略共役に配置したことを特徴とする請求項１に記載
の眼科計測装置。
【請求項４】前記分光手段は光路に挿脱可能に設けた
１個又は複数個から成るプリズム部材であることを特徴
とする請求項１に記載の眼科計測装置。
【請求項５】前記パルス光はフェムト秒レーザー光源
による超短パルス光であることを特徴とする請求項１に
記載の眼科計測装置。
【請求項６】前記シャッタは超高速光学シャッタであ
ることを特徴とする請求項１に記載の眼科計測装置。
【請求項７】前記分光分布特性は位置又は距離に変換
した座標及びスケールであることを特徴とする請求項１
に記載の眼科計測装置。
【請求項８】前記座標は被検眼眼底像と対比又は重ね
て表示することを特徴とする請求項７に記載の眼科計測
装置。
【請求項９】前記投影光学系は、被検眼側から順に対
物補助レンズと、対物レンズと、第１の開口絞りとを有
し、前記受光光学系は、前記対物補助レンズ及び対物レ
ンズに関して前記第１の開口絞りと略共役に配置した第
２の開口絞りと、該第２の開口絞りが前側焦点位置にな
るように配置した投影レンズとを有し、前記受光光学系
はアフォーカル光学系とすることを特徴とする請求項１
に記載の眼科計測装置。
【請求項１０】被検眼の前記所定部位は前眼部であ
り、前記投影光学系は、被検眼側から順に対物補助レン
ズ、対物レンズと、第１の開口絞りとを有し、前記受光
光学系は、前記対物補助レンズ及び対物レンズに関して
前記第２の開口絞りと略共役に配置した第２の開口絞り
と、該第２の開口絞りが前側焦点位置になるように配置
した投影レンズとを有し、前記受光光学系はアフォーカ
ル光学系とすると共に、前記対物補助レンズの対物レン
ズ側焦点面と前記受光手段は略共役としたことを特徴と
する請求項９に記載の眼科計測装置。
【請求項１１】１つのパルス光の先端から末尾にかけ
て色が時間と共に連続して変化するパルス光を被検眼に
向けて投影する投影光学系と、被検眼の所定部位から反
射した前記パルス光を受光する受光光学系と、該受光光
学系中に配置し被検眼から反射した前記パルス光を所定
のタイミングで切り出すシャッタと、前記受光光学系を
介して被検眼からの反射光を撮像するカラー画像撮像手
段からカラー画像を取得する取得手段と、前記カラー画
像撮像手段に記録した情報を分光分析する分光分析手段
と、該分光分析手段から分光分布特性を算出する算出手
段と、該算出手段で得た分光分布特性を表示する表示手
段とを有することを特徴とする眼科計測装置。
【請求項１２】前記投影光学系は、対物レンズと、該
対物レンズに関して被検眼前眼部と略共役に配置した第
１の開口絞りとを有し、前記受光光学系は、前記対物レ
ンズに関して被検眼前眼部と略共役に配置した第２の開
口絞りと、該第２の開口絞りが前側焦点位置になるよう
に配置した投影レンズとを有することを特徴とする請求
項１１に記載の眼科計測装置。
【請求項１３】被検眼の前記所定部位は眼底であり、
前記投影光学系は、対物レンズと、該対物レンズに関し
て被検眼前眼部と略共役に配置した第１の開口絞りとを
有し、前記受光光学系は、前記対物レンズに関して被検
眼前眼部と略共役に配置した第２の開口絞りと、該第２
の開口絞りが前側焦点位置になるように配置した投影レ
ンズとを有し、前記受光手段は前記受光光学系に関して
眼底と略共役に配置したことを特徴とする請求項１１に
記載の眼科計測装置。
【請求項１４】前記分光分布特性は距離に変換した等
高線及びスケールであることを特徴とする請求項１１に
記載の眼科計測装置。
【請求項１５】前記分光分布特性は距離に変換した鳥
瞰図及びスケールであることを特徴とする請求項１１に
記載の眼科計測装置。
【請求項１６】前記分光分布特性は距離に変換した等
高線及び所定の断面であることを特徴とする請求項１１
に記載の眼科計測装置
【請求項１７】前記等高線は被検眼眼底像と重ねて表
示することを特徴とする請求項１４に記載の眼科計測装
置。
【請求項１８】前記投影光学系は、被検眼側から順に
対物補助レンズと、対物レンズと、第１の開口絞りとを
有し、前記受光光学系は、前記対物補助レンズ及び対物
レンズに関して前記第１の開口絞りと略共役に配置した
第２の開口絞りと、該第２の開口絞りが前側焦点位置に
なるように配置した投影レンズとを有し、前記受光光学
系はアフォーカル光学系としたことを特徴とする請求項
１１に記載の眼科計測装置。
【請求項１９】被検眼の前記所定部位は前眼部であ
り、前記投影光学系は、被検眼側から順に対物補助レン
ズと、対物レンズと、第１の開口絞りとを有し、前記受
光光学系は、前記対物補助レンズ及び対物レンズに関し
て前記第１の開口絞りと略共役に配置した第２の開口絞
りと、該第２の開口絞りが前側焦点位置になるように配
置した投影レンズとを有し、前記受光光学系はアフォー
カル光学系とすると共に、前記対物補助レンズの対物レ
ンズ側焦点面と前記受光手段とを略共役としたことを特
徴とする請求項１１に記載の眼科計測装置。
【請求項２０】前記等高線は被検眼前眼部像と重ねて
表示することを特徴とする請求項１４に記載の眼科計測
装置。