JP2004129674A - 眼光学特性測定装置及び眼光学特性測定方法 - Google Patents
眼光学特性測定装置及び眼光学特性測定方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】水晶体の屈折率分布を高精度に算出し、被検眼眼底での結像状態を演算により算出する。
【解決手段】被検眼眼底１ａに光束を投影する投影光学系２と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系３と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼１の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体２８の屈折率分布特性を演算する為の演算部１７とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】被検眼眼底１ａに光束を投影する投影光学系２と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系３と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼１の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体２８の屈折率分布特性を演算する為の演算部１７とを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被検眼の眼光学特性を測定する眼光学特性測定装置、特に被検眼の水晶体の屈折率特性を測定可能な眼光学特性測定装置及び眼光学特性測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検眼眼底に点光源像を投影し、この点光源像が眼底で反射され被検眼角膜から射出される光束の波面を、シャックハルトマン絞り等の波面センサを用いて測定し、この測定結果から被検眼の眼光学系全体の光学特性を測定する装置が知られている。
【０００３】
一方、被検眼の各部の光学特性を測定する装置も知られている。即ち、角膜の前面の形状、角膜の厚み、角膜の後面の形状は、Ｏｒｂｓｃａｎ（商品名）により測定され、水晶体の前面・後面の形状・厚みは、前眼部撮影・解析装置により測定され、水晶体から眼底迄の距離は超音波眼軸長測器により測定される。従って、これらの測定装置により被検眼の各光学特性データを知ることができる。又、角膜の屈折率・前房部分の屈折率・硝子体の屈折率は各個人により実質的な差異がなく略一定であることが知られている。
【０００４】
然し乍ら、水晶体の屈折率は各個人により異なり、加齢により経時的に変化し且つ水晶体中でも一様の屈折率分布を示すものでないことは知られていたものの、その水晶体の屈折率分布を測定する手段は知られていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この従来技術の問題点を解決することを目的とするものであり、各個人で異なる水晶体の屈折率分布を高精度に算出できる方法・装置を提供するものである。
【０００６】
又、この算出された水晶体の屈折率分布と、前述した各種測定装置により得られる被検眼各部の光学特性、即ち角膜の前面の形状・厚み、角膜の屈折率、角膜の後面の形状、水晶体の前面・後面の形状・厚み、水晶体から眼底迄の距離等の光学データを基に、角膜に対して所定の条件での光線を入れ光線追跡をすることにより、被検眼眼底での結像状態を演算により算出することができる方法及び装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の演算部とを有する眼光学特性測定装置に係り、又被検眼眼底に光束を投影し、投影された光源像の眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、得られた波面情報と被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する眼光学特性測定方法に係り、又被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の屈折率演算部と、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う為の光線追跡演算部とを有する眼光学特性測定装置に係り、又前記光線追跡演算部は、所定の矯正レンズの光学データに基づき、該矯正レンズを含めて被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う眼光学特性測定装置に係り、又被検眼眼底に光束を投影し、投影された光源像の眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、得られた波面情報と被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算し、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に向けて入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う眼光学特性測定方法に係り、更に又前記光線追跡は、所定の矯正度数を有する矯正レンズの光学データに基づき、該矯正レンズを含めて被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う眼光学特性測定方法に係るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
先ず、図１に於いて本実施の形態の眼光学特性測定装置の概略を説明する。
【００１０】
眼光学特性測定装置は、被検眼１の被検眼眼底１ａ上に点光源を投影する為の投影光学系２と前記被検眼眼底１ａにより反射された光束を波面センサ４に導く為の受光光学系３とを具備する。
【００１１】
前記投影光学系２は投影光軸５を有し、該投影光軸５上に光源６、投影レンズ７、ハーフミラー８、リレーレンズ９、対物レンズ１１が配設され、前記光源６から発せられた投影光束は前記投影レンズ７により集光され、前記ハーフミラー８により偏向され、前記リレーレンズ９、前記対物レンズ１１により前記被検眼眼底１ａに集光され、該被検眼眼底１ａに前記光源６を点光源として投影する様になっている。又、該光源６の像が前記被検眼眼底１ａに合焦される様、前記光源６と投影レンズ７は、前記被検眼１の屈折力に対応し、前記投影光軸５に沿って移動可能な構成となっている。
【００１２】
又、前記受光光学系３は受光光軸１２を有し、該受光光軸１２は前記投影光軸５と一部を共有しており、前記受光光軸１２上に前記対物レンズ１１、リレーレンズ９、ハーフミラー８、コリメートレンズ１３、前記波面センサ４が配設され、前記被検眼底１ａで反射された点光源からの反射光束は、前記対物レンズ１１、リレーレンズ９、ハーフミラー８を透過した後、前記コリメートレンズ１３で略平行光束とされ、前記波面センサ４に入射される。
【００１３】
該波面センサ４は多数の微小集光レンズ１４ａをマトリックス状に集合したレンズアレイ１４とＣＣＤで代表される受光センサ１５等から構成され、前記微小集光レンズ１４ａを透過した光束を該微小集光レンズ１４ａ毎に前記受光センサ１５上に集光するものである。
【００１４】
該受光センサ１５からの受光信号は信号処理部１６に送出され、該信号処理部１６でＡ／Ｄ変換、位置情報との関連付け等の処理がなされ、演算部１７を経て記憶部１８に送出される。又、前記演算部１７には前記被検眼１の眼光学データの入力、眼光学特性測定装置を作動させる為の指示等を入力する入力部１９、又測定状況、測定結果等が表示される表示部２１が接続されている。
【００１５】
前記記憶部１８は、測量データ記憶部２２、眼光学データ記憶部２３、演算プログラム記憶部２４、シーケンスプログラム記憶部２５等のデータ格納部を有し、前記測量データ記憶部２２は前記信号処理部１６から送出される受光信号を位置情報に関連付けて格納し、前記眼光学データ記憶部２３は前記入力部１９より入力される眼光学データを格納し、前記演算プログラム記憶部２４は測量データ、眼光学データに基づき前記被検眼１の屈折率分布特性を演算する屈折率分布演算プログラム、又光線追跡を演算する光線追跡演算プログラム等の演算プログラムを格納し、前記シーケンスプログラム記憶部２５は前記入力部１９から入力される指示に基づき眼光学特性測定装置を駆動制御するシーケンスプログラム等を格納している。
【００１６】
以下、作用について説明する。
【００１７】
先ず、水晶体の屈折率、水晶体中の屈折率分布を測定する原理について、図２〜図４を参照して説明する。
【００１８】
前述した様に、被検眼の各部の光学特性、即ち角膜の前面の形状、角膜の厚み、角膜の屈折率、角膜の後面の形状、水晶体の前面・後面の形状・厚み、水晶体から眼底迄の距離は、既存の測定装置により測定することができ、又角膜の屈折率・前房部分の屈折率・硝子体の屈折率は既知の値であり、又各個人により実質的な差異がなく略一定であることが知られている。更に、水晶体の屈折率、水晶体中の屈折率分布が未知となっている。
【００１９】
図２〜図４は被検眼角膜から射出される反射光束の波面検出結果に基づき被検眼水晶体からの光線ベクトルを算出する方法を示す為の模式図であり、図２〜図４中、図１中で示したものと同一のものには同符号を付してある。
【００２０】
前記投影光学系２より前記被検眼１の被検眼眼底１ａに前記光源６からの光束を入射させることで、前記被検眼眼底１ａ上に点光源２７が形成される。前記被検眼眼底１ａによる反射により前記点光源２７から反射光束が射出され、該反射光束は前記被検眼１の水晶体２８の後面、前面により屈折され、前房２９を透過した後、角膜３１の前面から射出される。射出された反射光束は前記コリメートレンズ１３により略平行光束とされ、前記波面センサ４に入射される（図２〜図４中ではコリメートレンズ１３等は省略して図示している）。
【００２１】
前記波面センサ４に入射した反射光束は個々の前記微小集光レンズ１４ａにより、該微小集光レンズ１４ａ毎に反射光束が集光され、前記受光センサ１５上には前記微小集光レンズ１４ａに対応した多数の点像が散在形成される。被検眼が収差の無い理想的な光学系で、角膜から射出される光束が完全な平面波である場合には、前記微小集光レンズ１４ａで集光される光線３２による点像は前記各微小集光レンズ１４ａの微小レンズ光軸３３上に結像される。又、被検眼が収差を有する場合には、前記受光センサ１５上で結像される点像の位置は前記微小レンズ光軸３３よりΔｘずれる。
【００２２】
前記受光センサ１５からの受光信号に基づき前記演算部１７は個々の点像の位置を検出し、前記各微小レンズ光軸３３に関してずれΔｘ及びずれの方向が演算され、更にこの点像位置より前記角膜３１から射出される光線３２の方向を検出することができる。
【００２３】
ここで各微小集光レンズ１４ａ（１，…，ｎ）の微小レンズ光軸３３（１，…，ｎ）と点像位置とのずれ量をΔｘ（１，…，ｎ）とする。図３には、ｎ番目の微小集光レンズ１４ａでの点像のずれ量Δｘｎを示すものである。ここで前記角膜３１から射出される全ての光線３２の光線ベクトルは波面Ｗの法線方向と一致するものであり（図３参照）、前記各光線３２の結像位置のずれ量Δｘ１，Δｘ２，…，Δｘｎを基に前記角膜３１から射出される光束の波面関数Ｗｘが算出される。尚、例えば前記角膜３１から射出される光束の波面Ｗが完全なる理想平面波（前記受光光軸１２に直交する平面）の場合には、各Δｘ１，Δｘ２，………，Δｘｎは０となる。
【００２４】
前記波面関数Ｗｘが算出されると前記角膜３１から射出される全ての光線３２の光線ベクトル３４が決まる。ここで、その各光線ベクトル３４の内、Δｘｎのずれ量を示す１本の光線ベクトル３４ｎを考えると、前記角膜３１の前面・後面の形状、角膜の厚み、角膜の屈折率、前房の厚み・屈折率の全ての光学特性データが既知である為、この光線ベクトル３４ｎの光線を前記光学特性データに基づき前記被検眼眼底１ａに向けて逆に光線追跡することにより、その光線に対応した前記水晶体２８後面から射出される光線ベクトル３５ｎを算出することができる。
【００２５】
同様に、前記角膜３１の前面から射出される前記各光線３２で逆光線追跡をすることにより前記水晶体２８後面から射出されるすべての光線３２の光線ベクトルを決定することができる。尚、この各光線ベクトルは、水晶体２８前面から射出される光束の波面の法線方向と一致するものであり、水晶体２８後面から射出される光束の波面を演算することができる。
【００２６】
この様に、水晶体２８前面から射出される各光線３２の光線ベクトルが算出され、一方水晶体２８前面、後面の形状、水晶体厚、硝子体の屈折率、水晶体後面から眼底迄の距離は既知であり、この光線ベクトルを逆に前記被検眼眼底１ａに向けて光線追跡をした場合に該被検眼眼底１ａの光軸上の点、即ち前記点光源２７に到達する為の前記水晶体２８の屈折率を算出することができる。これを該水晶体２８前面から射出される各光線ベクトルについて行えば、各光線３２の水晶体２８との交点位置でのそれぞれの屈折率が算出することができる。即ち各光線３２でこれら演算を行えば水晶体２８のＸ軸方向での屈折率分布を測定することができる。
【００２７】
この様に該水晶体２８のＸ軸方向での屈折率分布がわかり、一方、前述の様に該水晶体２８の前面及び後面の面形状は既知であるので、該水晶体２８の屈折率分布と該水晶体２８の面形状とから、水晶体２８を１つのレンズと考えた場合のＸ軸方向での屈折力分布も簡単に演算することができる。
【００２８】
上述の結果、従来測定できなかった前記水晶体２８の屈折率分布を求めることができ、前記被検眼１の角膜３１から前記被検眼眼底１ａに至る眼光学系の各部の光学データがすべて既知となるものであり、前記角膜３１から所定の条件で光束を入射して、各光線の光線追跡をすれば、前記被検眼眼底１ａ上にどの様な状態で集光されるかを周知の光線追跡により演算することができる。ここで、図４に示す様に、前記被検眼１に投影光軸５に平行な多数の光線を入射し、前記被検眼底１ａ上の光線の各到達位置を算出すれば、その多数本の光線の各到達位置に基づき被検眼光学系全体の点像強度分布関数（ＰＳＦ）を算出することができる。又、被検者が認識する像を演算により求めることができる。
【００２９】
尚、前述では前記被検眼１に対して平行光束、即ち無限遠物点からの光束で光線追跡を行ったが、所定の物点距離での光束で光線追跡を行うこともできるし、或は、像面位置を変えながら光線追跡を行い、像面位置に応じて前記被検眼眼底１ａ上での点像強度分布がどのように変化するかを測定することも可能である。
【００３０】
又、前述では、被検眼１に直接光線を入射させて光線追跡を行っているが、所定の矯正度数を有する矯正レンズ（眼鏡レンズ又はコンタクトレンズ）の光学データを用いて、眼鏡レンズ又はコンタクトレンズを含めて被検眼眼底１ａに至る光線追跡を行い、この結果に基づき被検眼１の光学特性に合致した適正な矯正レンズを選択することもできる。この場合には、各種の矯正度数を有する矯正レンズの、表面及び裏面の形状・厚み・屈折率の光学データを予め多数記憶させておき、これらの光学データを変えながら複数回光線追跡を行い、これらの光線追跡に基づき、被検眼１の光学特性に最も合った矯正レンズをシミュレーションにより適正に選択することができる。
【００３１】
次に、作動について説明する。
【００３２】
前記被検眼１の各部の光学特性、即ち角膜の前面の形状、角膜の厚み、角膜の屈折率、角膜の後面の形状、水晶体の前面・後面の形状・厚み、水晶体から眼底迄の距離は、既存の測定装置により測定し、前記被検眼１の各部の光学特性についてデータを取得し、該光学特性データは検者により前記入力部１９より入力される。入力された前記被検眼１の光学特性データは前記演算部１７を介して前記眼光学データ記憶部２３に格納される。
【００３３】
次に、前記入力部１９より測定開始の指令を入力すると、前記シーケンスプログラム記憶部２５からシーケンスプログラムが起動され、測定が開始される。前記光源６から発せられる光束が前記投影光学系２により、前記被検眼眼底１ａ上に前記点光源２７が形成される様に投影される。該点光源２７からの反射光束は前記受光光学系３により前記波面センサ４へ入射される。
【００３４】
該波面センサ４は前述した様に、多数の光線３２が前記受光センサ１５上に集光される状態を検出し、該受光センサ１５は受光信号として前記信号処理部１６に送出する。該信号処理部１６は受光信号をＡ／Ｄ変換すると共に前記光線３２毎の受光信号の受光位置と前記レンズアレイ１４での位置（番地）とを関連付け、シリーズの信号として前記演算部１７に送出する。該演算部１７では各受光信号を、番地と該番地の微小レンズ光軸３３の位置と受光信号の受光位置から前記微小レンズ光軸３３に対するずれ量Δｘを演算し、前記受光信号を番地とずれ量Δｘとを関連付けて前記測量データ記憶部２２に格納する。
【００３５】
次に、屈折率分布演算プログラム、光線追跡演算プログラム等の演算プログラムが前記演算プログラム記憶部２４から呼込まれ起動される。前記測量データ記憶部２２に格納された測定データ（各光線３２についての番地、ずれ量Δｘ等）、前記眼光学データ記憶部２３に格納された被検眼の光学特性データに基づき、前記演算部１７が前記光線３２による波面関数Ｗｘを演算し、更に該波面関数Ｗｘに基づき前記光線ベクトル３４ｎを算出し、該光線ベクトル３４ｎから光線追跡の演算を実行することで、前記水晶体２８の屈折率及び屈折率分布を算出する。
【００３６】
更に、演算された水晶体２８の屈折率、屈折率分布と前記眼光学データ記憶部２３に格納された眼光学系の各部の光学特性データを基に、被検眼光学系全体の点像強度分布関数（ＰＳＦ）を算出する。
【００３７】
更に又、点像強度分布関数を基に被検者が認識する像を演算により求め、必要に応じ、演算した像を前記表示部２１に表示する。検者は被検者に質問することなく、測定時に被検者が認識している像の状態を確認することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の演算部とを有するので、各個人で異なる水晶体の屈折率分布を高精度に算出できる。
【００３９】
又、被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の屈折率演算部と、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う為の光線追跡演算部とを有するので、被検眼眼底での結像状態を演算により算出することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に於ける光線ベクトルを算出する方法を示す為の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に於ける光線ベクトルを算出する方法を示す為の模式図である。
【図４】被検眼角膜に平行光線を入射させた場合の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 被検眼
１ａ 被検眼眼底
２ 投影光学系
３ 受光光学系
４ 波面センサ
１４ レンズアレイ
１５ 受光センサ
１６ 信号処理部
１７ 演算部
１８ 記憶部
１９ 入力部
２１ 表示部
２８ 水晶体
３１ 角膜
３２ 光線
【発明の属する技術分野】
本発明は被検眼の眼光学特性を測定する眼光学特性測定装置、特に被検眼の水晶体の屈折率特性を測定可能な眼光学特性測定装置及び眼光学特性測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検眼眼底に点光源像を投影し、この点光源像が眼底で反射され被検眼角膜から射出される光束の波面を、シャックハルトマン絞り等の波面センサを用いて測定し、この測定結果から被検眼の眼光学系全体の光学特性を測定する装置が知られている。
【０００３】
一方、被検眼の各部の光学特性を測定する装置も知られている。即ち、角膜の前面の形状、角膜の厚み、角膜の後面の形状は、Ｏｒｂｓｃａｎ（商品名）により測定され、水晶体の前面・後面の形状・厚みは、前眼部撮影・解析装置により測定され、水晶体から眼底迄の距離は超音波眼軸長測器により測定される。従って、これらの測定装置により被検眼の各光学特性データを知ることができる。又、角膜の屈折率・前房部分の屈折率・硝子体の屈折率は各個人により実質的な差異がなく略一定であることが知られている。
【０００４】
然し乍ら、水晶体の屈折率は各個人により異なり、加齢により経時的に変化し且つ水晶体中でも一様の屈折率分布を示すものでないことは知られていたものの、その水晶体の屈折率分布を測定する手段は知られていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この従来技術の問題点を解決することを目的とするものであり、各個人で異なる水晶体の屈折率分布を高精度に算出できる方法・装置を提供するものである。
【０００６】
又、この算出された水晶体の屈折率分布と、前述した各種測定装置により得られる被検眼各部の光学特性、即ち角膜の前面の形状・厚み、角膜の屈折率、角膜の後面の形状、水晶体の前面・後面の形状・厚み、水晶体から眼底迄の距離等の光学データを基に、角膜に対して所定の条件での光線を入れ光線追跡をすることにより、被検眼眼底での結像状態を演算により算出することができる方法及び装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の演算部とを有する眼光学特性測定装置に係り、又被検眼眼底に光束を投影し、投影された光源像の眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、得られた波面情報と被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する眼光学特性測定方法に係り、又被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の屈折率演算部と、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う為の光線追跡演算部とを有する眼光学特性測定装置に係り、又前記光線追跡演算部は、所定の矯正レンズの光学データに基づき、該矯正レンズを含めて被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う眼光学特性測定装置に係り、又被検眼眼底に光束を投影し、投影された光源像の眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、得られた波面情報と被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算し、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に向けて入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う眼光学特性測定方法に係り、更に又前記光線追跡は、所定の矯正度数を有する矯正レンズの光学データに基づき、該矯正レンズを含めて被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う眼光学特性測定方法に係るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
先ず、図１に於いて本実施の形態の眼光学特性測定装置の概略を説明する。
【００１０】
眼光学特性測定装置は、被検眼１の被検眼眼底１ａ上に点光源を投影する為の投影光学系２と前記被検眼眼底１ａにより反射された光束を波面センサ４に導く為の受光光学系３とを具備する。
【００１１】
前記投影光学系２は投影光軸５を有し、該投影光軸５上に光源６、投影レンズ７、ハーフミラー８、リレーレンズ９、対物レンズ１１が配設され、前記光源６から発せられた投影光束は前記投影レンズ７により集光され、前記ハーフミラー８により偏向され、前記リレーレンズ９、前記対物レンズ１１により前記被検眼眼底１ａに集光され、該被検眼眼底１ａに前記光源６を点光源として投影する様になっている。又、該光源６の像が前記被検眼眼底１ａに合焦される様、前記光源６と投影レンズ７は、前記被検眼１の屈折力に対応し、前記投影光軸５に沿って移動可能な構成となっている。
【００１２】
又、前記受光光学系３は受光光軸１２を有し、該受光光軸１２は前記投影光軸５と一部を共有しており、前記受光光軸１２上に前記対物レンズ１１、リレーレンズ９、ハーフミラー８、コリメートレンズ１３、前記波面センサ４が配設され、前記被検眼底１ａで反射された点光源からの反射光束は、前記対物レンズ１１、リレーレンズ９、ハーフミラー８を透過した後、前記コリメートレンズ１３で略平行光束とされ、前記波面センサ４に入射される。
【００１３】
該波面センサ４は多数の微小集光レンズ１４ａをマトリックス状に集合したレンズアレイ１４とＣＣＤで代表される受光センサ１５等から構成され、前記微小集光レンズ１４ａを透過した光束を該微小集光レンズ１４ａ毎に前記受光センサ１５上に集光するものである。
【００１４】
該受光センサ１５からの受光信号は信号処理部１６に送出され、該信号処理部１６でＡ／Ｄ変換、位置情報との関連付け等の処理がなされ、演算部１７を経て記憶部１８に送出される。又、前記演算部１７には前記被検眼１の眼光学データの入力、眼光学特性測定装置を作動させる為の指示等を入力する入力部１９、又測定状況、測定結果等が表示される表示部２１が接続されている。
【００１５】
前記記憶部１８は、測量データ記憶部２２、眼光学データ記憶部２３、演算プログラム記憶部２４、シーケンスプログラム記憶部２５等のデータ格納部を有し、前記測量データ記憶部２２は前記信号処理部１６から送出される受光信号を位置情報に関連付けて格納し、前記眼光学データ記憶部２３は前記入力部１９より入力される眼光学データを格納し、前記演算プログラム記憶部２４は測量データ、眼光学データに基づき前記被検眼１の屈折率分布特性を演算する屈折率分布演算プログラム、又光線追跡を演算する光線追跡演算プログラム等の演算プログラムを格納し、前記シーケンスプログラム記憶部２５は前記入力部１９から入力される指示に基づき眼光学特性測定装置を駆動制御するシーケンスプログラム等を格納している。
【００１６】
以下、作用について説明する。
【００１７】
先ず、水晶体の屈折率、水晶体中の屈折率分布を測定する原理について、図２〜図４を参照して説明する。
【００１８】
前述した様に、被検眼の各部の光学特性、即ち角膜の前面の形状、角膜の厚み、角膜の屈折率、角膜の後面の形状、水晶体の前面・後面の形状・厚み、水晶体から眼底迄の距離は、既存の測定装置により測定することができ、又角膜の屈折率・前房部分の屈折率・硝子体の屈折率は既知の値であり、又各個人により実質的な差異がなく略一定であることが知られている。更に、水晶体の屈折率、水晶体中の屈折率分布が未知となっている。
【００１９】
図２〜図４は被検眼角膜から射出される反射光束の波面検出結果に基づき被検眼水晶体からの光線ベクトルを算出する方法を示す為の模式図であり、図２〜図４中、図１中で示したものと同一のものには同符号を付してある。
【００２０】
前記投影光学系２より前記被検眼１の被検眼眼底１ａに前記光源６からの光束を入射させることで、前記被検眼眼底１ａ上に点光源２７が形成される。前記被検眼眼底１ａによる反射により前記点光源２７から反射光束が射出され、該反射光束は前記被検眼１の水晶体２８の後面、前面により屈折され、前房２９を透過した後、角膜３１の前面から射出される。射出された反射光束は前記コリメートレンズ１３により略平行光束とされ、前記波面センサ４に入射される（図２〜図４中ではコリメートレンズ１３等は省略して図示している）。
【００２１】
前記波面センサ４に入射した反射光束は個々の前記微小集光レンズ１４ａにより、該微小集光レンズ１４ａ毎に反射光束が集光され、前記受光センサ１５上には前記微小集光レンズ１４ａに対応した多数の点像が散在形成される。被検眼が収差の無い理想的な光学系で、角膜から射出される光束が完全な平面波である場合には、前記微小集光レンズ１４ａで集光される光線３２による点像は前記各微小集光レンズ１４ａの微小レンズ光軸３３上に結像される。又、被検眼が収差を有する場合には、前記受光センサ１５上で結像される点像の位置は前記微小レンズ光軸３３よりΔｘずれる。
【００２２】
前記受光センサ１５からの受光信号に基づき前記演算部１７は個々の点像の位置を検出し、前記各微小レンズ光軸３３に関してずれΔｘ及びずれの方向が演算され、更にこの点像位置より前記角膜３１から射出される光線３２の方向を検出することができる。
【００２３】
ここで各微小集光レンズ１４ａ（１，…，ｎ）の微小レンズ光軸３３（１，…，ｎ）と点像位置とのずれ量をΔｘ（１，…，ｎ）とする。図３には、ｎ番目の微小集光レンズ１４ａでの点像のずれ量Δｘｎを示すものである。ここで前記角膜３１から射出される全ての光線３２の光線ベクトルは波面Ｗの法線方向と一致するものであり（図３参照）、前記各光線３２の結像位置のずれ量Δｘ１，Δｘ２，…，Δｘｎを基に前記角膜３１から射出される光束の波面関数Ｗｘが算出される。尚、例えば前記角膜３１から射出される光束の波面Ｗが完全なる理想平面波（前記受光光軸１２に直交する平面）の場合には、各Δｘ１，Δｘ２，………，Δｘｎは０となる。
【００２４】
前記波面関数Ｗｘが算出されると前記角膜３１から射出される全ての光線３２の光線ベクトル３４が決まる。ここで、その各光線ベクトル３４の内、Δｘｎのずれ量を示す１本の光線ベクトル３４ｎを考えると、前記角膜３１の前面・後面の形状、角膜の厚み、角膜の屈折率、前房の厚み・屈折率の全ての光学特性データが既知である為、この光線ベクトル３４ｎの光線を前記光学特性データに基づき前記被検眼眼底１ａに向けて逆に光線追跡することにより、その光線に対応した前記水晶体２８後面から射出される光線ベクトル３５ｎを算出することができる。
【００２５】
同様に、前記角膜３１の前面から射出される前記各光線３２で逆光線追跡をすることにより前記水晶体２８後面から射出されるすべての光線３２の光線ベクトルを決定することができる。尚、この各光線ベクトルは、水晶体２８前面から射出される光束の波面の法線方向と一致するものであり、水晶体２８後面から射出される光束の波面を演算することができる。
【００２６】
この様に、水晶体２８前面から射出される各光線３２の光線ベクトルが算出され、一方水晶体２８前面、後面の形状、水晶体厚、硝子体の屈折率、水晶体後面から眼底迄の距離は既知であり、この光線ベクトルを逆に前記被検眼眼底１ａに向けて光線追跡をした場合に該被検眼眼底１ａの光軸上の点、即ち前記点光源２７に到達する為の前記水晶体２８の屈折率を算出することができる。これを該水晶体２８前面から射出される各光線ベクトルについて行えば、各光線３２の水晶体２８との交点位置でのそれぞれの屈折率が算出することができる。即ち各光線３２でこれら演算を行えば水晶体２８のＸ軸方向での屈折率分布を測定することができる。
【００２７】
この様に該水晶体２８のＸ軸方向での屈折率分布がわかり、一方、前述の様に該水晶体２８の前面及び後面の面形状は既知であるので、該水晶体２８の屈折率分布と該水晶体２８の面形状とから、水晶体２８を１つのレンズと考えた場合のＸ軸方向での屈折力分布も簡単に演算することができる。
【００２８】
上述の結果、従来測定できなかった前記水晶体２８の屈折率分布を求めることができ、前記被検眼１の角膜３１から前記被検眼眼底１ａに至る眼光学系の各部の光学データがすべて既知となるものであり、前記角膜３１から所定の条件で光束を入射して、各光線の光線追跡をすれば、前記被検眼眼底１ａ上にどの様な状態で集光されるかを周知の光線追跡により演算することができる。ここで、図４に示す様に、前記被検眼１に投影光軸５に平行な多数の光線を入射し、前記被検眼底１ａ上の光線の各到達位置を算出すれば、その多数本の光線の各到達位置に基づき被検眼光学系全体の点像強度分布関数（ＰＳＦ）を算出することができる。又、被検者が認識する像を演算により求めることができる。
【００２９】
尚、前述では前記被検眼１に対して平行光束、即ち無限遠物点からの光束で光線追跡を行ったが、所定の物点距離での光束で光線追跡を行うこともできるし、或は、像面位置を変えながら光線追跡を行い、像面位置に応じて前記被検眼眼底１ａ上での点像強度分布がどのように変化するかを測定することも可能である。
【００３０】
又、前述では、被検眼１に直接光線を入射させて光線追跡を行っているが、所定の矯正度数を有する矯正レンズ（眼鏡レンズ又はコンタクトレンズ）の光学データを用いて、眼鏡レンズ又はコンタクトレンズを含めて被検眼眼底１ａに至る光線追跡を行い、この結果に基づき被検眼１の光学特性に合致した適正な矯正レンズを選択することもできる。この場合には、各種の矯正度数を有する矯正レンズの、表面及び裏面の形状・厚み・屈折率の光学データを予め多数記憶させておき、これらの光学データを変えながら複数回光線追跡を行い、これらの光線追跡に基づき、被検眼１の光学特性に最も合った矯正レンズをシミュレーションにより適正に選択することができる。
【００３１】
次に、作動について説明する。
【００３２】
前記被検眼１の各部の光学特性、即ち角膜の前面の形状、角膜の厚み、角膜の屈折率、角膜の後面の形状、水晶体の前面・後面の形状・厚み、水晶体から眼底迄の距離は、既存の測定装置により測定し、前記被検眼１の各部の光学特性についてデータを取得し、該光学特性データは検者により前記入力部１９より入力される。入力された前記被検眼１の光学特性データは前記演算部１７を介して前記眼光学データ記憶部２３に格納される。
【００３３】
次に、前記入力部１９より測定開始の指令を入力すると、前記シーケンスプログラム記憶部２５からシーケンスプログラムが起動され、測定が開始される。前記光源６から発せられる光束が前記投影光学系２により、前記被検眼眼底１ａ上に前記点光源２７が形成される様に投影される。該点光源２７からの反射光束は前記受光光学系３により前記波面センサ４へ入射される。
【００３４】
該波面センサ４は前述した様に、多数の光線３２が前記受光センサ１５上に集光される状態を検出し、該受光センサ１５は受光信号として前記信号処理部１６に送出する。該信号処理部１６は受光信号をＡ／Ｄ変換すると共に前記光線３２毎の受光信号の受光位置と前記レンズアレイ１４での位置（番地）とを関連付け、シリーズの信号として前記演算部１７に送出する。該演算部１７では各受光信号を、番地と該番地の微小レンズ光軸３３の位置と受光信号の受光位置から前記微小レンズ光軸３３に対するずれ量Δｘを演算し、前記受光信号を番地とずれ量Δｘとを関連付けて前記測量データ記憶部２２に格納する。
【００３５】
次に、屈折率分布演算プログラム、光線追跡演算プログラム等の演算プログラムが前記演算プログラム記憶部２４から呼込まれ起動される。前記測量データ記憶部２２に格納された測定データ（各光線３２についての番地、ずれ量Δｘ等）、前記眼光学データ記憶部２３に格納された被検眼の光学特性データに基づき、前記演算部１７が前記光線３２による波面関数Ｗｘを演算し、更に該波面関数Ｗｘに基づき前記光線ベクトル３４ｎを算出し、該光線ベクトル３４ｎから光線追跡の演算を実行することで、前記水晶体２８の屈折率及び屈折率分布を算出する。
【００３６】
更に、演算された水晶体２８の屈折率、屈折率分布と前記眼光学データ記憶部２３に格納された眼光学系の各部の光学特性データを基に、被検眼光学系全体の点像強度分布関数（ＰＳＦ）を算出する。
【００３７】
更に又、点像強度分布関数を基に被検者が認識する像を演算により求め、必要に応じ、演算した像を前記表示部２１に表示する。検者は被検者に質問することなく、測定時に被検者が認識している像の状態を確認することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の演算部とを有するので、各個人で異なる水晶体の屈折率分布を高精度に算出できる。
【００３９】
又、被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の屈折率演算部と、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う為の光線追跡演算部とを有するので、被検眼眼底での結像状態を演算により算出することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に於ける光線ベクトルを算出する方法を示す為の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に於ける光線ベクトルを算出する方法を示す為の模式図である。
【図４】被検眼角膜に平行光線を入射させた場合の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 被検眼
１ａ 被検眼眼底
２ 投影光学系
３ 受光光学系
４ 波面センサ
１４ レンズアレイ
１５ 受光センサ
１６ 信号処理部
１７ 演算部
１８ 記憶部
１９ 入力部
２１ 表示部
２８ 水晶体
３１ 角膜
３２ 光線
Claims (6)
- 被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の演算部とを有することを特徴とする眼光学特性測定装置。
- 被検眼眼底に光束を投影し、投影された光源像の眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、得られた波面情報と被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算することを特徴とする眼光学特性測定方法。
- 被検眼眼底に光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底から反射される光束を受光する受光光学系と、該受光光学系で得られる受光信号に基づき被検眼眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、該波面情報と、被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算する為の屈折率演算部と、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う為の光線追跡演算部とを有することを特徴とする眼光学特性測定装置。
- 前記光線追跡演算部は、所定の矯正レンズの光学データに基づき、該矯正レンズを含めて被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う請求項３の眼光学特性測定装置。
- 被検眼眼底に光束を投影し、投影された光源像の眼底から反射され被検眼角膜から射出される光束の波面情報を演算し、得られた波面情報と被検眼の角膜から眼底に至る既知の眼光学データとに基づき、被検眼水晶体の屈折率分布特性を演算し、前記眼光学データ、前記被検眼水晶体の屈折率分布特性とに基づき、被検眼角膜に向けて入射させた光線の被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行うことを特徴とする眼光学特性測定方法。
- 前記光線追跡は、所定の矯正度数を有する矯正レンズの光学データに基づき、該矯正レンズを含めて被検眼眼底に至る迄の光線追跡を行う請求項５の眼光学特性測定方法。
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