JP2006187483A

JP2006187483A - 眼屈折力測定装置

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Publication number: JP2006187483A
Application number: JP2005002061A
Authority: JP
Inventors: Naoki Isogai; 直己磯貝; Mitsuhiro Gono; 光宏郷野; Masaaki Hanebuchi; 昌明羽根渕; Kenji Nakamura; 健二中村
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP4716739B2

Abstract

【課題】２次元受光素子にて検出されたパターン像を基に被検眼の眼屈折力を測定する装置において、光源の光量を強くする必要がないとともに、Ｓ／Ｎ比の高い画像を取得し、測定精度を向上させる。
【解決手段】被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置において、眼屈折力測定用の光束を発する測定光源を具備し被検眼の眼底に測定光束を投影する投影光学系と、前記測定光束による眼底からの反射光束を２次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記２次元受光素子により撮像される２次元パターン像を複数取得し、該複数の画像データ同士を加算処理し得られた加算処理済の画像データに基づいて被検眼の眼屈折力を求める演算処理手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置に関する。

眼屈折力測定装置としては、被検眼眼底に眼屈折力測定用の光束を投影し、眼底からの反射光を２次元受光素子に受光させ、２次元受光素子にて検出されたパターン像（リングパターン像やドットパターン像など）に基づいて被検眼の眼屈折力を測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記のような装置においては、一般的に目視し難い赤外光を測定光として用い、被検眼に向けて照射し、眼底からの反射光を２次元受光素子にて受光する。
特開平１−２９３８４１号公報

しかしながら、測定光は眼内にて吸収され、その反射光は減衰されるため、二次元受光素子において十分な反射光量が得られ難い。特に、赤外光においては、受光素子の受光感度が著しく減少するため、受光量不足が問題となる。上記のような問題の対策としては、測定光源の光量を増加させる方法が考えられるが、眼内の水晶体や硝子体等での散乱光や反射光が増加しＳ／Ｎ比が低くなりやすいため、かえって画質を低下させ、測定精度が低下する要因となる。また、光量の強い光源を使用することは、被検眼にとって好ましくない。

本発明は、上記問題点を鑑み、２次元受光素子にて検出されたパターン像を基に被検眼の眼屈折力を測定する装置において、光源の光量を強くする必要がないとともに、Ｓ／Ｎ比の高い画像を取得し、測定精度を向上させることを技術課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために次のような構成を備えることを特徴とする。

（１）被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置において、眼屈折力測定用の光束を発する測定光源を具備し被検眼の眼底に測定光束を投影する投影光学系と、前記測定光束による眼底からの反射光束を２次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記２次元受光素子により撮像される２次元パターン像を複数取得し、該複数の画像データ同士を加算処理し得られた加算処理済の画像データに基づいて被検眼の眼屈折力を求める演算処理手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の眼屈折力測定装置は、前記演算処理手段によって加算処理された画像データに基づく測定信号レベルが検出限界を飽和するか否かを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づいて前記測定信号レベルが検出限界を飽和しない，または微飽和として収まるように前記加算処理の回数を制御する加算制御手段とを備えることを特徴とする。
（３）（１）の眼屈折力測定装置において、前記演算処理手段により前記画像データ同士を加算処理する前に、各画像データに対して予め所定のノイズ成分の測定信号を減算処理により除去する減算手段を備えることを特徴とする。
（４）被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置において、眼屈折力測定用の光束を発する測定光源を具備し被検眼の眼底に測定光束を投影する投影光学系と、前記測定光束による眼底からの反射光束を２次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記２次元受光素子に所定時間受光信号を蓄積させることにより２次元パターン像の画像データを得る画像データ取得手段であって、前記受光信号の蓄積時間を変えることが可能な画像データ取得手段と、該画像データ取得手段により得られた前記画像データに基づいて被検眼の眼屈折力を求める演算処理手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、２次元受光素子にて検出されたパターン像を元に被検眼の眼屈折力を測定する装置において、光源の光量を強くする必要がないとともに、Ｓ／Ｎ比の高い画像を取得し、測定精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の眼屈折力測定装置の光学系及び制御系の概略構成図である。測定光学系１０は、被検眼の瞳孔中心部から眼底にスポット状の光束を投影する投影光学系１０ａと、その反射光を瞳孔周辺部からリング状に取り出す受光光学系１０ｂから構成される。投影光学系１０ａは、測定光軸Ｌ１上に配置された測定光源１１、リレーレンズ１２、ホールミラー１３、駆動部２３により光軸Ｌ１を中心に回転駆動されるプリズム１５、測定用対物レンズ１４からなり、この順に被検眼に向けて配置されている。

本実施形態にて用いる測定光源１１は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いている。なお、測定光源１１としてはＳＬＤに限るものではなく、ＬＥＤ（発光ダイオード）であってもよい。また、本実施形態では測定光として赤外域の光を用いるものとしているが、これに限るものではなく、可視域の光を測定光として用いた場合であっても本発明に適用することができる。

また、光源１１は被検眼眼底と共役な関係となっており、ホールミラー１３のホール部は瞳孔と共役な関係となっている。投影光学系１０ａ及び受光光学系１０ｂの共通光路に配置されたプリズム１５は、被検眼Ｅの眼底と共役な位置から外れた位置に配置され、干渉性の高い光源を使用することにより発生するスペックルノイズを抑制するために、通過する光束を光軸Ｌ１に対して偏心回転させるものとしている。なお、眼底からの反射光束は、投影光学系１０ａと同じプリズム１５を通過することによって、それ以降の光学系ではあたかも瞳上における投影光束・反射光束（受光光束）の偏心が無かったかのようになる。なお、プリズム１５に代えて平行平面板を光軸Ｌ１上に斜めに配置する構成でも良い。測定用対物レンズ１４と被検眼の間には、ビームスプリッタ２９が配置されている。

受光光学系１０ｂは、投影光学系１０ａの対物レンズ１４、プリズム１５及びホールミラー１３を共用し、ホールミラー１３の反射方向の光路に配置されたリレーレンズ１６、ミラー１７、ミラー１７の反射方向の光路に配置された受光絞り１８、コリメータレンズ１９、被検眼瞳孔と共役な位置に配置されたリングレンズ２０、エリアＣＣＤ等の２次元受光素子である２次元撮像素子２２を備える。受光絞り１８及び２次元撮像素子２２は、被検眼眼底と共役な関係となっている。２次元撮像素子２２の出力は、フレームメモリ７１を介して制御部７０に接続されている。

リングレンズ２０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、平板上に円筒レンズをリング状に形成したレンズ部２０ａと、このレンズ部２０ａ以外に遮光のためのコーティングを施した遮光部２０ｂより構成されている。これにより、その焦点位置に配置された２次元撮像素子２２上には、リングパターン像が集光する。なお、、本実施形態においては、リングレンズ２０により２次元撮像素子２２にリングパターン像を受光させる構成としたが、受光光学系として、マイクロレンズが格子状に並べられた構成を持つハルトマンシャックプレートや６孔絞り及び偏向プリズムにより２次元撮像素子２２に二次元パターン像を受光させるような光学系としてもよい。

ビームスプリッタ２９により光軸Ｌ１と同軸にされる光軸Ｌ２上には、対物レンズ３６、ハーフミラー３５、ダイクロイックミラー３４、投光レンズ３３、固視標３２、可視光源３１が順次配置されており、光源３１〜観察系対物レンズ３６により固視標光学系３０が構成される。固視標３２は光軸Ｌ２方向に移動することにより被検眼の雲霧を行う。光源３１は固視標３２を照明し、固視標３２からの光束は投光レンズ３３、ダイクロイックミラー３４、ハーフミラー３５、対物レンズ３６を経た後、ビームスプリッタ２９で反射して被検眼に向かう。また、ダイクロイックミラー３４の反射側には、アライメント光学系４０が設けられ、赤外光を発するアライメント用光源４１、投光レンズ４２を備える。光源４１からの光束は、投光レンズ４２、ダイクロイックミラー３４〜ビームスプリッタ２９を介して、被検眼角膜上にアライメント指標を投影する。

ハーフミラー３５の反射側には、撮影レンズ５１、前眼部観察用のエリアセンサ５２が配置され、観察光学系５０を構成する。アライメント指標を含む前眼部からの反射光は、ビームスプリッタ２９で反射した後、レンズ３６、ハーフミラー３５、撮影レンズ５１を介してエリアセンサ５２に受光される。エリアセンサ５２の出力は、画像処理部７７を介してモニタ７に接続され、観察画像が表示される。

以上のような構成を備える装置において、その動作を説明する。測定に際して、検者は、モニタ７に表示される前眼部像及びアライメント指標を元に、図示なきジョイスティックを操作して図１に示す被検眼Ｅに対して装置をアライメント調整する。そして、被検眼Ｅに対して固視標３２を固視させ、アライメントが適正状態になったら、測定開始スイッチ７３を押して測定を開始する。

制御部７０は、スイッチ７３からの測定開始信号により光源１１を点灯すると共に、プリズム１５を駆動部２３により高速回転する。そして、被検眼に雲無をかけるための予備測定が行われ、そこで得られた屈折力に基づいて固視標３２を一旦眼底と共役になる位置に置いた後、制御部７０は、適当なディオプタ分だけ雲霧が掛かるように固視標３２を移動させる。これにより、被検眼に対して雲霧を掛けた状態で本測定が実行される。

光源１１から出射された赤外光は、リレーレンズ１２、ホールミラー１３、プリズム１５、対物レンズ１４、ビームスプリッタ２９を経て、被検眼Ｅの眼底上にスポット状の点光源像を形成する。このとき、光軸周りに回転するプリズム１５により、ホールミラー１３のホール部の瞳投影像（瞳上での投影光束）は、高速に偏心回転される。

眼底に投影された点光源像は、反射・散乱されて被検眼Ｅを射出し、ビームスプリッタ２９を透過して、対物レンズ１４によって集光され、高速回転するプリズム１５、ホールミラー１３、リレーレンズ１６、ミラー１７を介して受光絞り１８の位置に再び集光され、コリメータレンズ１９とリングレンズ２０とによって２次元撮像素子２２にリング状に結像する。２次元撮像素子２２からの出力信号は、フレームメモリ７１により画像データとして記憶される。被検眼Ｅが正視眼の場合、眼底反射光はリングレンズ２０に平行光束として入射するため、２次元撮像素子２２上にはリングレンズ２０と同じサイズのリング像が結像する。一方、被検眼Ｅに球面屈折成分の屈折異常がある場合、２次元撮像素子２２上にできるリング像のリング直径は、その球面屈折誤差のずれ量に比例した大きさになる（近視眼であれば小さくなり、遠視眼であれば大きくなる）。乱視屈折誤差がある場合は、２次元撮像素子２２上にできるリング像は、その乱視屈折誤差に応じて楕円形状となる。したがって、制御部７０は、フレームメモリ７１に記憶された画像データに基づいて各経線方向のリング像の位置を検出することにより、各経線方向の屈折誤差を求めることができ、これに所定の処理を施すことにより、Ｓ（球面度数）、Ｃ（乱視度数）、Ａ（乱視軸角度）の屈折値を求めることができる。なお、リング像位置の検出は、リング像のエッジの中心位置、輝度レベルの重心位置あるいは光量レベルのピーク位置等から求めることができる。なお、光源１１と、受光絞り１８、レンズ１９、リングレンズ２０、２次元撮像素子２２を、光軸方向に一体的に移動可能な構成とし、光源１１及び２次元撮像素子２２が眼底共役となるまでの移動量とリング像の形状から屈折値を求めるようにしてもよい。

また、プリズム１５が無い構成で、ＳＬＤのように輝度が高く、干渉性も高い光源を用いた場合、２次元撮像素子２２に受光されるリング像には、眼内における散乱によってスペックルノイズが発生し、リング像の光量分布が斑になるが、本実施例では、被検眼眼底に投影されるスポット状の光束（点光源像）を高速で偏心回転運動する構成（プリズム１５の高速回転）を有するため、干渉性の高い光源（ＳＬＤ）を用いた場合のスペックルノイズは２次元撮像素子２２の撮像時間中に中和され、その影響が取り除くことが可能になる。

以下に、複数回の撮像により得られた複数の画像データ同士を加算処理して被検眼の屈折力を求める方法について説明する。なお、本実施例においては、加算処理の回数を１〜２回とする。この場合、２次元撮像素子２２によりリング画像を複数回取得させ、フレームメモリ７１に加算処理を行うための画像データとして複数記憶させる。ここで、２次元撮像素子２２の１回の撮像時間は、例えば１／３０秒となっており、撮像が所定間隔（本実施形態では１／３０秒間隔）で行われ、得られた画像データが順次フレームメモリ７１に出力される。本実施形態では、このようにして撮像されたリング画像を、撮影順に、第１画像、第２画像、第３画像として説明する。なお、画像データは、２次元撮像素子２２で撮像された各画素毎の輝度レベルを０〜２５５で表したデータとしてフレームメモリ７１に記憶される。

まず、制御部７０は、第１画像における画像データと第２画像における画像データに対して第１の加算処理を行う（図３（ａ）参照）。さらに、制御部７０は、第１の加算処理を行った後の画像データと、第３画像における画像データに対して第２の加算処理を行う（図３（ｂ）参照）。なお、本実施形態においては、加算処理後の画像データに基づく輝度信号レベル（測定信号レベル）が検出限界を飽和するか否かを判定し、判定結果に基づいて加算処理の回数を制御する（図４参照）。すなわち、第２の加算処理を行った後の画像データにおける輝度信号のピークが完全に飽和すると判定される場合、第１の加算処理を行った時点での画像データに基づいて屈折力の演算処理を行う。なお、加算処理とは、異なる画像データ同士の座標位置を一致させて、輝度レベルを足しあわせる処理のことをいう。

上記のように、加算処理済みの画像データに基づいて屈折力の演算処理を行う場合、１回の撮影で測定結果を得る必要がないため、測定光源の光量や撮像ゲインを低くさせておくことができる。測定光量や撮像ゲインを低く設定することにより、ノイズ光を抑制することが可能である。なお、本実施形態においては、２次元受光素子２２により複数取得された画像データをフレームメモリ７１に複数記憶してから加算処理を行う構成としたが、既にフレームメモリ７１に記憶された画像データと同じメモリ領域に、のちに取得された画像データを重ねる合わせることにより、加算処理を行うような構成としてもよい。

また、屈折力を演算する際に用いる画像データとして、輝度信号が検出限界を飽和する直前の加算処理済みの画像データを適用する構成とすれば、リング像自体とノイズ成分とのコントラストがより明確となり、測定精度が高くなる。なお、複数回の加算処理により、輝度信号を過度に飽和させすぎると、ノイズ成分を多く含んだ形で像位置を検出してしまい、測定精度に影響を及ぼす（図５参照）。ただし、図６のように輝度信号の波形が微飽和（ピーク位置は飽和しているが、飽和した領域はわずかなこと）に収まる程度であれば、測定精度に影響を及ぼす程度のノイズ成分は含まれにくい。なお、微飽和か過剰な飽和かを判定するには、例えば、所定経線方向における輝度信号が飽和した位置に対応する画素数（図５，６においては幅領域Ｗ）が所定の許容範囲（許容数）を超えているかに基づいて判定すればよい。なお、本実施形態においては加算処理の回数を１〜２回としたが、このような構成は、３回以上の加算処理を行うような場合においても適用可能である。

なお、眼底からの反射光の少ない等の被検者を測定する場合には、測定光源１１の光量を増やすような構成としてもよい。この場合、第１画像における画像データの光量レベルの分布のピーク位置に基づいて光量を増加するようにすればよい。これにより、眼底反射光の少ない被検者であっても、屈折度の測定が可能となる。

また、第２の実施形態の変容例の１つとして、撮影により得られた複数の画像データを予め減算処理により、予めノイズ成分を除去しておき、ノイズ成分が除去された画像データ同士を加算することもできる。図７（ａ）は、第１画像における画像データの輝度信号の波形を示す。ここで、制御部７０は、この画像データの低レベル成分（ハッチング部分）の輝度信号を減算する処理を行う。これにより、リング像周辺の低ノイズ成分が除去することができる。図７（ｂ）は、減算処理を行った後の波形を示す図である。これと同様に、第２画像や第３画像における画像データに対して予め減算処理を行っておき、その後、画像データ同士を加算処理することにより、ノイズ成分が除去された状態で加算処理が行うことができるため、ノイズ光による測定誤差の影響をさらに回避することができる。

なお、本実施例においては、加算処理を用いたが、受光信号の蓄積時間が可変であって、長時間の蓄積が可能な２次元撮像素子２２を用い、１回の撮像における画像の蓄積時間を所定時間（例えば一度で１００ｍｓ）に設定して、ノイズ光の発生の要因となる光源光量や２次元撮像素子の撮像ゲインを低くした状態でリング像を撮像するようにしてもよい。この場合、飽和直前の測定画像を得るには、制御部７０は、例えば、リング画像を撮像したときの画像データにおける所定経線方向の輝度信号を解析し、そのピークが低ければ少しづつ蓄積時間を長くしながら撮像を繰り返し、所定の測定画像が得られたらこれに基づいて屈折値を求めるような構成とすればよい。また、リング画像が過度に飽和していれば、少しづつ蓄積時間を短くしながら撮像を繰り返し、所定の測定画像が得られたらこれに基づいて屈折値を求めるような構成とすればよい。

本実施形態の眼屈折力測定装置の光学系及び制御系の概略構成図である。リングレンズの構成を説明する図である。加算処理について説明するための図である。加算処理の回数の制御について説明するフローチャートである。輝度信号を過度に飽和させすぎたときを示す図である。輝度信号の波形が微飽和であるときを示す図である。減算処理について説明するである。

符号の説明

１０測定光学系
１０ａ投影光学系
１０ｂ受光光学系
１１測定光源
２０リングレンズ
２２２次元撮像素子
３０固視標光学系
３２固視標
７０制御部
７１フレームメモリ

Claims

被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置において、眼屈折力測定用の光束を発する測定光源を具備し被検眼の眼底に測定光束を投影する投影光学系と、前記測定光束による眼底からの反射光束を２次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記２次元受光素子により撮像される２次元パターン像を複数取得し、該複数の画像データ同士を加算処理し得られた加算処理済の画像データに基づいて被検眼の眼屈折力を求める演算処理手段と、を備えることを特徴とする眼屈折力測定装置。
請求項１の眼屈折力測定装置は、前記演算処理手段によって加算処理された画像データに基づく測定信号レベルが検出限界を飽和するか否かを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果に基づいて前記測定信号レベルが検出限界を飽和しない，または微飽和として収まるように前記加算処理の回数を制御する加算制御手段とを備えることを特徴とする眼屈折力測定装置。
請求項１の眼屈折力測定装置において、前記演算処理手段により前記画像データ同士を加算処理する前に、各画像データに対して予め所定のノイズ成分の測定信号を減算処理により除去する減算手段を備えることを特徴とする眼屈折力測定装置。
被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置において、眼屈折力測定用の光束を発する測定光源を具備し被検眼の眼底に測定光束を投影する投影光学系と、前記測定光束による眼底からの反射光束を２次元受光素子に受光させる受光光学系と、前記２次元受光素子に所定時間受光信号を蓄積させることにより２次元パターン像の画像データを得る画像データ取得手段であって、前記受光信号の蓄積時間を変えることが可能な画像データ取得手段と、該画像データ取得手段により得られた前記画像データに基づいて被検眼の眼屈折力を求める演算処理手段と、を備えることを特徴とする眼屈折力測定装置。