JP2007252402A - 眼科測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定間隔が短く、高速に繰り返し測定が可能なシャックハルトマン波面センサーを提供する。
【解決手段】 照明光学系１０は、第１の偏光と第２の偏光とに偏光条件を交互に変更する第１偏光光学部材１２を含み、第１偏光光学部材１２を介してレーザ光源部１１からのパルス光を被測定眼１００の眼底に照明する。受光光学系２０は、第１偏光光学部材１２の偏光条件に応じて照明された被測定眼１００からの反射光の各偏光成分を選択する第２偏光光学部材２３と、選択された各偏光成分の反射光をそれぞれ交互に受光する第１及び第２の受光部２１−１、２１−２とを含む。眼科測定装置は、第１及び第２の受光部２１−１、２１−２からの出力に基づき、被測定眼１００の波面収差を短い間隔で測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、眼科測定装置に係り、特に、短時間に波面収差測定を繰り返し行える眼科測定装置に関する。

従来の眼科光学装置において、特許文献１、２には、２つのシャックハルトマン波面センサーを用いて眼の波面収差を測定するものが開示されている。
特許文献１では、その図１２において、第１受光部と第３受光部がシャックハルトマン波面センサーに相当するが、第１受光部が角膜からの反射光束を受光して角膜形状を測定し、第３受光部は、網膜からの反射光束を受光して光学特性を測定するように対象が異なる。

特許文献２では、網膜からの反射光を低感度のシャックハルトマン波面センサーと高感度のシャックハルトマン波面センサーとで受光する構成が開示されている。ここでは、２台のシャックハルトマン波面センサーは、感度に差を持たせたものであり、高速撮影を意図したものではない。

また、特許文献３は、第一カメラの不感時間の開始時点と第二カメラの不感時間の終了時点とを同期させ、第一発光の発光開始時点を第一カメラの不感時間の開始直前とし、一方、第二発光の発光開始時点を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後とする、高速度連続撮影システムが開示されている。

特許文献４は、複数の光ビームを発生させる光源と、対象となる光学システム内の異なる位置に光ビームを投射する光学イメージングシステムとこれらの異なる位置のそれぞれから散乱光を受け取り、散乱光の個々の波面を検出する波面センサーとを備えた、３次元構造の収差を測定するためのシステムが開示されている。

さらに、特許文献５は、投影光学システムと眼との間に位置決めされ、眼の収差に関して被測定眼に入射する光ビームを補償する前補正システムによって、視覚システムの端から端までの収差解析を可能とした、波面センサーのためのダイナミックレンジ拡大技術が開示されている。
特開平１１−１３７５２０号公報 特開２００４−８１７２５号公報 特開２００５−２７５３０５号公報 特表２００５−５０６１０７号公報 特表２００４−５００１９５号公報

測定される眼の収差は、眼球運動により、変動する。また、角膜上の涙液も時間変化しており、これもまた収差の変化の原因となる。さらに、水晶体は、近くや遠くのものをみるときに、距離に応じて調節をしており、これによっても収差が変化する。この変化にはいろいろな周波数成分があるが、おおむね２０Ｈｚ程度であろうと考えられている。一部では、例えば、１００Ｈｚ程度の変化を測定したいとする研究者もいる。そこで、眼の収差を、例えば、秒間５０回以上測定することが必要になり、眼の収差の高速測定の必要性が高まってきている。

シャックハルトマン波面センサーは、例えば、２次元に配列されたレンズレットを持つレンズレットアレイと１０００ｘ１０００ピクセルのディジタルＣＣＤで構成されている。シャックハルトマン波面センサーを用いた波面収差測定では、１０００ｘ１０００程度のノイズの少ないディジタルＣＣＤで測定すると精度良く、測定することができる。

しかしながら、このような仕様のＣＣＤの場合、露光後にＣＣＤに蓄えられた電荷を読み出す時間があまり高速にできない、という性能上の限界があることが考えられる。例えば、１０００ｘ１０００程度のディジタルＣＣＤの場合、現在繰り返し測定回数は秒間２０回程度である。これは、露光時間と画像データの読み出し時間の合計で決まってしまっている。ディジタルＣＣＤの、しかもノイズの少ないＣＣＤでは画像の読み出しに数十ミリ秒程度かかってしまう。これは、シャックハルトマン波面センサーで必要とされる露光時間に匹敵することもある。

本発明は、以上の点に鑑み、測定間隔が短く、高速に（例えば、５０ｆｒａｍｅｓ／ｓ程度等）繰り返し測定が可能なシャックハルトマン波面センサーを提供することを目的とする。また、本発明は、２台のＣＣＤを使い、１台が露光中に、他のもう１台が画像データの読み出しを行うことにより、１台のＣＣＤで繰り返し測定を行うのに比較して、理想的には測定回数を２倍の回数にすることが可能である眼科測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の解決手段によると、
所定のタイミングで高輝度の光束を発する光源部と、
上記光源部からの光束を被測定眼の眼底に照明する照明光学系と、
照明された被測定眼の眼底からの反射光束を選択的に、少なくとも１７本の光束に分割する第１及び第２変換部材を介してそれぞれ交互に第１受光部及び第２の受光部に導く受光光学系と、
上記第１及び第２の受光部からの出力に基づき、被測定眼の波面収差を短い間隔で測定する測定部とを有する眼科測定装置が提供される。

本発明によると、測定間隔が短く、高速に（例えば、５０ｆｒａｍｅｓ／ｓ程度等）繰り返し測定が可能なシャックハルトマン波面センサーを提供することができる。また、本発明によると、２台のＣＣＤを使い、１台が露光中に、他のもう１台が画像データの読み出しを行うことで、１台のＣＣＤで繰り返し測定を行うのに比較して、理想的には測定回数を２倍の回数にすることが可能である眼科測定装置を提供することができる。

１．装置構成
１．１ 光学系
図１は、眼科測定装置の光学配置図である。
本装置は、第１照明光学系１０と、第１光源部１１と、第１受光光学系２０と、前眼部観察部４０と、第１調整光学部５０と、前眼部照明部６０とを備える。なお、被測定眼１００については、角膜（前眼部）、水晶体、網膜（眼底）が示されている。

第１光源部１１は、所定のタイミングで光を発光し、第１波長の光束を発する。第１光源部１１は、空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは高くないものが望ましい。ここでは、一例として、第１光源部１１には、ＳＬＤ（スーパールミネセンスダイオード）が採用されており、輝度が高い点光源を得ることができる。なお、第１光源部１１は、ＳＬＤに限られるものではなく、レーザー光源の様に空間、時間ともコヒーレンスが高いものでも、回転拡散板などを挿入することにより、適度に時間コヒーレンスを下げることで利用できる。そして、ＬＥＤの様に、空間、時間ともコヒーレンスが高くないものでも、光量さえ充分であれば、ピンホール等を光路の光源の位置に挿入することで、使用可能になる。また、照明用の第１光源部１１の波長は、例えば、赤外域の波長（例、８６０ｎｍ）を使用することができる。

第１照明光学系１０は、例えば、第１偏光光学部材（偏光子１）１２、プリズム１３、ビームスプリッタ１４、集光レンズ、シリンダーレンズ及び／又はリレーレンズ等のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を備える。第１照明光学系１０は、第１光源部１１からの光束で被測定眼１００の眼底上で微小な領域を照明するためのものである。第１照明光学系１０は、第１偏光光学部材１２を介して第１光源部１１からのパルス光を被測定眼１００の眼底に照明する。第１偏光光学部材１２は、第１の偏光と第２の偏光とに偏光条件を交互に変更する。第１及び第２の偏光は、例えば、それぞれＰ偏光及びＳ偏光又はその逆である。ビームスプリッタ１４は、例えば、第１波長の光束を反射し、第２波長の光束を透過するダイクロイックミラーで構成されている。第１偏光光学部材１２は、偏光板を光軸周りに回転可能に構成される。

第１光源部１１から被測定眼１００への入射光は絞りを偏心させることで光束の入射位置を光軸に直交する方向に変更し、レンズや角膜の頂点反射を防いでノイズを押さえられる。絞りは、径が第１及び第２変換部材２２−１及び２２−２のハルトマン板の有効範囲より小さく、受光側だけに眼の収差が影響する、いわゆるシングルパスの収差計測が成り立つことができる様になっている。

なお、第１光源部１１から出た入射光線は、眼底から拡散反射された測定光線と共通光路になった後は、近軸的には、眼底から拡散反射された測定光線と同じ進み方をする。但し、シングルパス測定のときは、それぞれの光線の径は違い、入射光線のビーム径は、測定光線に比べ、かなり細く設定される。具体的には、入射光線のビーム径は、例えば、被測定眼１００の瞳位置で１ｍｍ程度、測定光線のビーム径は、７ｍｍ程度になることもある。なお、光学系を適宜配置することで、ダブルパス測定を行うこともできる。

第１受光光学系２０は、シャックハルトマン波面センサー１＿２５−１、シャックハルトマン波面センサー２＿２５−２、第２偏光光学部材（偏光子２）２３、偏光ビームスプリッタ２４、レンズＬ４、Ｌ５を備える。第１受光光学系２０は、例えば、被測定眼１００の網膜から反射して戻ってきた光束を受光し第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２に導くためのものである。第２偏光光学部材２３は、第１偏光光学部材１２の偏光条件に応じて照明された被測定眼１００からの反射光の各偏光成分を選択する。第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２は、選択された各偏光成分の反射光をそれぞれ交互に受光する。偏光ビームスプリッタ２４は、第１の偏光を第１受光部２１−１に導き、第２の偏光を第２受光部２１−２に導く。第２偏光光学部材２３は、偏光板を光軸周りに回転可能に構成される。第１及び第２の偏光は、例えば、それぞれＰ偏光及びＳ偏光又はその逆である。

シャックハルトマン波面センサー１＿２５−１は、例えば、ＣＣＤ２で構成される第１受光部２１−１と第１変換部材２２−１（例、ハルトマン板）を備える。第１変換部材２２−１は、反射光束を少なくとも１７本の複数のビームに変換するためのレンズ部を有する波面変換部材である。第１変換部材２２−１には、光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズを用いることができる。眼底からの反射光は、第１変換部材２２−１を介して第１受光部２１−１上に集光する。第１受光部２１−１は、第１変換部材２２−１を通過した偏光ビームスプリッタ２４からの光を受光し、第１信号を生成するためのものである。

シャックハルトマン波面センサー２＿２５−２は、例えば、ＣＣＤ３で構成される第２受光部２１−２と第２変換部材２２−２（例、ハルトマン板）を備える。第２変換部材２２−２は、反射光束を少なくとも１７本の複数のビームに変換するためのレンズ部を有する波面変換部材である。第２変換部材２２−２には、光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズを用いることができる。眼底からの反射光は、第２変換部材２２−２を介して第２受光部２１−２上に集光する。第２受光部２１−２は、第２変換部材２２−２を通過した偏光ビームスプリッタ２４からの光を受光し、第２信号を生成するためのものである。

前眼部観察部４０は、例えば、リレーレンズとＣＣＤ１で構成される第３受光部４１を備え、例えば、プラチドリング、ケラトリング等の前眼部照明部６０のパターンが、被測定眼１００の前眼部から反射して戻ってくる光束を観察する。なお、テレセン絞りを設ければ、瞳孔径が正確に測定できる。

第１調整光学部５０は、例えば、作動距離調整を主に行うものであって、光源部と、集光レンズと、受光部とを備える。ここで、作動距離調整は、例えば、光源部から射出された光軸付近の平行な光束を、被測定眼１００に向けて照射すると共に、この被測定眼１００から反射された光を、集光レンズを介して受光部で受光することにより行われる。また、被測定眼１００が適正な作動距離にある場合、受光部の光軸上に、光源部からのスポット像が形成される。一方、被測定眼１００が適正な作動距離から前後に外れた場合、光源部からのスポット像は、受光部の光軸より上又は下に形成される。なお、受光部は、光源部、光軸、受光部を含む面内での光束位置の変化を検出できればいいので、例えば、この面内に配された１次元ＣＣＤ、ポジションセンシングデバイス（ＰＳＤ）等を適用できる。

前眼部照明部６０は、第２波長の光束を発する第２光源部を備え、第２光源部からの光束で、例えば、プラチドリング又はケラトリング等を用いて前眼部を所定パターンで照射する。ケラトリングの場合、ケラト像により角膜の曲率中心付近だけのパターンを得ることができる。なお、第２光源部から発せられる光束の第２波長は、例えば、第１波長（ここでは、８６０ｎｍ）と異なると共に、長い波長を選択できる（例えば、９４０ｎｍ）。

上述の光学系は、主に、入射光線が細いシングルパスとして説明したが、本発明は、入射光線が太いダブルパスとしての眼科測定装置に適用することも可能である。その際、光学系がダブルパス用構成で配置されるが、演算部による測定・計算処理は同様である。

（共役関係）
被測定眼１００の眼底、第１光源部１１、第１及び第２受光部２１−１及び２１−２が共役である。また、被測定眼１００の眼の瞳（虹彩）、第１変換部材２２−１、第２変換部材２２−２、第１照明光学系１０の測定光入射側の絞りが共役である。

１．２ 電気系
図２は、眼科測定装置のブロック図である。
本実施の形態の電気系は、測定部６００、制御部６１０、第１駆動部６２０、表示部７００、メモリ８００を備える。また、測定部６００には、前眼部観察部４０の第３受光部４１からの信号（２）と、第１受光部２１−１からの信号（６）と、第２受光部２１−２からの信号（７）と、第１調整光学部５０の受光部からの信号（５）とが入力される。

測定部６００は、第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２からの出力に基づき、被測定眼１００の収差を短い間隔で測定する。測定部６００は、第１受光部２１−１からの信号（６）、第２受光部２１−２からの信号（７）、前眼部観察部４０の第３受光部４１からの信号（２）を入力し、例えば、光束の傾き角に基づき被測定眼１００の光学特性を求める。測定部６００は、これら演算結果に応じた信号又は他の信号・データを、電気駆動系の制御を行う制御部６１０と、表示部７００と、メモリ８００とにそれぞれ適宜出力する。

制御部６１０は、測定部６００からの制御信号に基づいて、第１光源部１１、前眼部照明部６０の第２光源部及び第１調整光学部５０の光源の点灯・消灯等を制御したり、第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２のＣＣＤ２及びＣＣＤ３の露光・読み出し等を制御するためのものである。制御部６１０は、測定部６００での演算結果に応じた信号に基づいて、第１光源部１１に対して信号（１）を出力し、前眼部照明部６０に対して信号（３）を出力し、第１調整光学部５０の光源に対して信号（４）を出力し、第１受光部２１−１に対して信号（６）を出力し、第２受光部２１−２に対して信号（７）を出力し、第１偏光光学部材１２及び第２偏光光学部材２３に対して信号（８）を出力する。

第１駆動部６２０は、測定部６００及び制御部６１０により制御され、第１偏光光学部材１２の偏光子１の偏光条件・方向を制御して、被測定眼１００への入射光の偏光条件・方向を第１の偏光（Ｐ偏光）又は第２の偏光（Ｓ偏光）に交互に変更する。同様に、第１駆動部６２０は、第２偏光光学部材２３の偏光子２の偏光条件・方向は、第１偏光光学部材１２の偏光条件・方向に応じて、被測定眼１００からの反射光を透過するように偏光条件・方向を制御し、第１の偏光（Ｐ偏光）又は第２の偏光（Ｓ偏光）に交互に変更する。
偏光子１，２の偏光方向の制御は、ＣＣＤ１，ＣＣＤ２の取り込み終了タイミングにあわせて実行されることもある。

表示部７００は、演算処理中又は、処理後の結果（収差解析等）を、図、表、データ、グラフィック、動画・静止画等として表示する。または、他装置へ出力する。
メモリ８００は、測定されたデータ、中間データ、計算結果データ等の各種データ、予め設定した露光時間ｔ、測定回数Ｐ等の設定値を必要に応じて適宜記憶する。測定部６００は、メモリ８００に適宜データを読み出し／書込みする。

２．収差解析
２．１ 概要
測定の対象物、眼は、網膜、水晶体、角膜からなる。角膜と水晶体による収差が発生する。これから光学系を説明するが、実線が本来の光線で（一部図示）、第１光源部１１から射出して、網膜上で結像し、二次光源を形成し、それが眼の光学系を透過し、さらに本装置の光学系を透過し、シャックハルトマン波面センサー１＿２５−１又は２＿２５−２に導かれて、それにより測定が可能になる。点線で示されているのは（一部図示）、瞳共役を示すための仮想の光線である。Ｌ１は、ここで示した３つの系で共通な対物レンズである。ダイクロイックミラー１４により、第１光源部１１から網膜へ、網膜からシャックハルトマン波面センサー１＿２５−１及び２＿２５−２へ向かう光線は反射される。

前眼部照明部６０の第２光源部は、波面測定に使っているのとは異なる波長で、前眼部を照明しており、この波長は、ダイクロイックミラー１４を透過する。これが結像レンズＬ２を介して、第３受光部（ＣＣＤ１）４１に導かれ、前眼部像が第３受光部（ＣＣＤ１）４１上に形成され、前眼部観察が可能になる。前眼部には、人眼の瞳や、この観察光学系と同軸に平行光が眼に向かって入れられていれば、角膜の反射像（プルキンエ第１像）を見ることができる。これによって、装置と眼の横方向のアライメントが可能である。

第１光源部１１からの光は、集光レンズＬ３を介して、偏光子１を透過し、直線偏光になって、さらにプリズムにより反射された成分が、先のダイクロイックミラー１４で反射されて眼に入射する。この測定光が網膜で散乱反射され、一部の偏光面が回転した光は、眼の光学系、対物レンズＬ１を経て、ダイクロイックミラー１４で反射され、プリズム１３に返ってくる。反射された網膜からの測定光はプリズム１３を透過して、偏光子１＿１２と垂直の方向に向いた偏光子２＿２３を透過して、最後に偏光ビームスプリッタ２４を透過して、シャックハルトマン波面センサー１＿２５−１に入射する。さて、測定部６００が制御部６１０を介して制御することで、先ほどの偏光子１＿１２と偏光子２＿２３がともに９０度光軸に対して回転したとする。そうすると、すべてのことが同様に起こるが、最後に偏光ビームスプリッタ２４で測定光が反射することになる。よって、測定光はシャックハルトマン波面センサー２＿２５−２に入射する。

さて、ここまででは、ふれなかったが、プリズムは、偏光に関係のない、ビームスプリッタとする。反透鏡でも良い。しかし、第１光源部１１からの光の中央部例えば直径１ｍｍ（眼の瞳上で）程度に対応する部分（プリズムは眼の瞳と完全に共役にすることもできる）を反射し、それ以外を、測定光が透過するように、配置することにより、効果的な波面測定が可能になる。中央部は測定できないが、高速な測定が必要な補償光学系の波面センサーとして、特に有効である。例えば、眼底像の結像系にドーナッツ型の反射部を設け、瞳上で外側の光のみを使って高解像眼底像を得るようになっている補償光学系との組み合わせでは、本波面センサーは有効である。

図３は、ＣＣＤ１個及び２個のときのタイムチャートの説明図である。図３（ａ）に、ＣＣＤ１個のときのタイムチャート、図３（ｂ）に、ＣＣＤ２個のときのタイムチャートの説明図をそれぞれ示す。

測定部６００は、第１受光部２１−１が露光している間に第２受光部２１−２からデータを読み出し、一方、第２受光部２１−２が露光している間に第１受光部２１−１からデータを読み出す。例えば、図３（ｂ）が示すように、１台目の第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１が露光を行っている間に、測定部６００は、２台目の第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２のデータ読み出しと第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の露光を開始するための信号（この例では、Ｇｒａｂ可能信号という。）を制御部６１０へ送信する。同様に、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２が露光を行っている間に、測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１のデータ読み出しと第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１の露光を開始するためのＧｒａｂ可能信号を制御部６１０へ送信する。
なお、Ｇｒａｂ可能信号は、以下の本実施の形態の説明では、一例として、１：待機状態、０：動作状態、とする。

２．２ フローチャート
図４は、全体フローチャートである。
まず、測定部６００は、露光時間ｔ、測定回数Ｐを設定する。なお、露光時間ｔ及び測定回数Ｐは、表示部７００より適宜入力してもよいし、予めメモリ８００に記憶しておき必要なときに読み出してもよい（ステップＳ１０１）。次に、測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１及び第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２を待機状態にする（ステップＳ１０３）。例えば、測定部６００は、Ｇｒａｂ可能信号をＦ２＝１、Ｆ３＝１にセットし、制御部６１０により第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２を待機状態にする。

次に、測定部６００は、第３受光部（ＣＣＤ１）４１上で得られた前眼部像等により眼のアライメントを行う（ステップＳ１０５）。次に、測定部６００は、測定済み回数を初期値（例えば、ｉ＝１）に設定する（ステップＳ１０７）。つぎに、測定部６００は、第１受光部２１−１が露光している間に第２受光部２１−２からデータを読み出し、一方、第２受光部２１−２が露光している間に第１受光部２１−１からデータを読み出すことにより、ふたつのＣＣＤを用いて被測定眼１００の波面測定を実行する（＜測定サブルーチン１＞）（ステップＳ１１１）。測定サブルーチン１についての詳細は後述する。設定した測定回数終了後、測定部６００は、測定データをメモリ８００から読み出し、それを基に収差解析を行う（ステップＳ１１３）。測定部６００は、求めた波面収差の解析結果をメモリ（記憶部）８００から読み出し、その解析結果に基づいて、例えば、眼の収差データ・マップ、角膜収差データ・マップ、俯瞰図、数値データ、ゼルニケ係数・多項式等を適宜表示するための処理を実行し、その結果を表示部７００に表示し、メモリ８００に保存する（ステップＳ１１５）。

図５は、測定サブルーチン１のフローチャートである。
測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１の露光を開始する（ステップＳ２００）。そのために、測定部６００は、例えば、Ｇｒａｂ可能信号をＦ２＝０にセットし、制御部６１０により第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１の露光を開始する。測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１の露光終了を待つ（ステップＳ２０１）。

ステップＳ２０１で露光が終了すると、測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１のデータを読み出してメモリ８００に測定回数ｉに対応したデータＩＭｉとして保存する（ステップＳ２０３）。なお、このときＣＣＤ２の識別情報をデータＩＭｉに対応して記憶してもよい。次に、測定部６００は、Ｐ回以上測定したか否かの判断をする（ステップＳ２０５）。測定部６００は、測定が終了していない場合ｉの値を加算（ｉ＝ｉ＋１）し（ステップＳ２０７）、制御部６１０により第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１を待機状態（Ｆ２＝１）にする（ステップＳ２０９）。また、ステップＳ２０１で露光が終了すると、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１のデータ読み出し処理中（ステップＳ２０１〜Ｓ２０９）に、さらに一方で、測定部６００は、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の状態が待機状態（Ｆ３＝１）か否かの判断をし（ステップＳ２１１）、待機状態でなければ待機状態になるまで判断を繰り返す。

測定部６００は、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２が待機状態であれば第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２が露光を開始する（ステップＳ２１３）。そのために、測定部６００は、例えば、Ｇｒａｂ可能信号をＦ３＝０にセットし、制御部６１０により第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の露光を開始する。測定部６００は、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の露光終了を待つ（ステップＳ２１５）。ステップＳ２１５で露光が終了すると、測定部６００は、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２のデータを読み出してメモリ８００に測定回数ｉに対応したデータＩＭｉとして保存する（ステップＳ２１７）。なお、このときＣＣＤ３の識別情報をデータＩＭｉに対応して記憶してもよい。次に、測定部６００は、Ｐ回以上測定したか否かの判断をする（ステップＳ２１９）。測定部６００は、測定が終了していない場合ｉの値を加算（ｉ＝ｉ＋１）し（ステップＳ２２１）、制御部６１０により第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２を待機状態に（Ｆ３＝１）する（ステップＳ２２３）。

また、測定部６００は、ステップＳ２１５で露光が終了すると、第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の処理（ステップＳ２１７〜Ｓ２２３）と平行して、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１の状態が待機状態（Ｆ２＝１）か否かの判断をし（ステップＳ２２５）、待機状態でなければ待機状態になるまで判断を繰り返す。

測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１が待機状態であれば第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１の露光を開始する（ステップＳ２２７）。そのために、測定部６００は、例えば、Ｇｒａｂ可能信号をＦ２＝０にセットし、制御部６１０より第２受光部（ＣＣＤ２）２１−１の露光を開始する。
以上のように、測定部６００は、測定回数Ｐ回データ取得の処理を繰り返し行い、ステップＳ２０５又はＳ２０９で所定の測定回数Ｐの測定を終了すると測定サブルーチン１の処理を終了する（Ｃ２）。

２．３ 波面収差の解析（ゼルニケ解析とＲＭＳ）
以下に、シャックハルトマン波面センサーで波面収差を求める手法の詳細を説明する。
図８は、波面を求めるためのフローチャートである。
測定部６００は、ハルトマンイメージから点像の位置を得る（ステップＳ９１）。測定部６００は、それぞれの点像（位置）をメモリ８００から読み出し、参照位置の対応を得る（ステップＳ９３）。つぎに、測定部６００は、点像位置と参照位置の対応より点像位置のずれΔｘ、Δｙを得る（ステップＳ９５）。つぎに、測定部６００は、参照点の位置（Ｘ、Ｙ）とずれΔｘ、Δｙから、次に説明するように波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）を求めることで、波面収差を解析する（ステップＳ９７）。

つぎに、波面収差の解析について説明する。そこで、一般に知られているゼルニケ多項式からゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出する方法について説明する。ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉは、例えば、各受光部（ハルトマンセンサー）により、ハルトマン板を介してＣＣＤで得られた光束の傾き角に基づいて被測定眼１００の光学特性を把握するための重要なパラメータである。

被測定眼１００の波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉ、ゼルニケ多項式Ｚ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて次式で表される。

ただし、（Ｘ，Ｙ）はハルトマン板の縦横の座標である。

また、波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、ＣＣＤの縦横の座標を（ｘ、ｙ）、ハルトマン板とＣＣＤの距離（ハルトマン板のマイクロレンズの焦点距離）をｆ、ＣＣＤで受光される点像の移動距離を（Δｘ、Δｙ）とすると、次式の関係が成り立つ。

ここで、ゼルニケ多項式Ｚ_ｉ ^２ｊ−ｉは、次式で表される。
具体的には、図９に、（ｒ，ｔ）座標のゼルニケ多項式の図、及び、図１０に、（ｘ，ｙ）座標のゼルニケ多項式の図をそれぞれ示す。

なお、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉは、次式で表される自乗誤差を最小にすることにより具体的な値を得ることができる。

ただし、Ｗ（Ｘ、Ｙ）：波面収差、（Ｘ、Ｙ）：ハルトマン板座標、（Δｘ、Δｙ）：ＣＣＤで受光される点像の移動距離、ｆ：ハルトマン板とＣＣＤとの距離。

演算部６００は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出し、これを用いて球面収差、コマ収差、非点収差等の眼光学特性を求める。また、演算部６００は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて次式により収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出する。

３．変形例
３．１ 半画素分ずらす構成
図６は、複数の受光部（ＣＣＤ）を半画素分ずらす構成を示す説明図である。この図の例では、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１と第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の配置を示す。

ＣＣＤの１画素の形状には、例えば、正方形と長方形がある。長方形の場合、長辺側の単位長さあたりの情報量は、短辺側のそれと比べて少なくなる。そこで、本変形例では、２台のＣＣＤを、長辺側に半画素分ずれるようにして配置する。なお、短辺側に半画素分ずらしてもよい。これにより長辺側の情報量を増やすことができ、高精度な測定が可能となる。例えば、１台目の第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１は、中心にある画素の中心と光軸が一致するように配置すると、２台目の第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２は、中心にある画素とその隣の画素の境目に光軸が一致するように配置する。または、この逆に配置してもよい。

このように、第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２は、互いに半画素分ずれて配置されており、測定部６００は、第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２からの出力に基づき、一つの受光部からの出力に基づくよりも高精度に収差測定を行うように構成することができる。

３．２ 装置の収差解析
測定部６００は、被測定眼１００の測定に先立ち、模型眼などの移動しない対象物を測定対象物として、その際の第１受光部２１−１及び第２受光部２１−２の出力から、アフィン変換などの変換処理を利用して、互いの位置関係を求める校正モードを実行するようにしてもよい。

以下に、装置の収差を解析する手法を説明する。
まず、被測定眼１００の位置に、収差が分かっている模型眼を配置する。この模型眼を測定すると、既知の収差の他に装置の光学系の収差が加算されている。観察される点像から、収差は式（前に使った式を流用）で算出される。そこから、模型眼の収差を差し引いた量が、装置の収差となる。この収差を点像のずれに直して、そのずれた点像を新たに、本当の参照点とし、測定の際に用いる。

図７は、装置の収差を求めるフローチャートである。
被検眼１００の位置に、収差が予め分かっている模型眼を配置する（ステップＳ３０１）。測定部６００は、第３受光部（ＣＣＤ１）４１上に形成される前眼部像等により眼のアライメントを行う（ステップＳ３０３）。測定部６００は、上述の「２．２ フローチャート」で説明したように、又は、第１駆動部６２０を制御して通常のハルトマン板を利用した波面測定により、制御部６１０により第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１及び第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２により点像を取得する（ステップＳ３０５）。測定部６００は、第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１及び第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２から読み出した点像から収差解析を行う（ステップＳ３０７）。測定部６００は、ステップＳ３０７により得た解析結果から、模型眼の収差を差し引くことにより、ＣＣＤ２及び３毎に装置の収差を得る（ステップＳ３０９）。測定部６００は、ステップＳ３０９で求めた装置の収差を点像のずれに変換し（ステップＳ３１１）、ＣＣＤ２及び３にそれぞれ対応してずれた点像を真の参照点とし、メモリ８００に記憶する（ステップＳ３１３）。測定部６００は、各ＣＣＤ２及び３毎に参照点を基準として測定値Δｘ、Δｙを求め、それに基づき、上述の「２．２ フローチャート」で説明したように波面収差を測定する。

３．３ アフィン変換によるＣＣＤの配置誤差の校正
図１１に、各シャックハルトマン波面センサーのＣＣＤの配置誤差の校正についての説明図を示す。
図１１（ａ）に、ＣＣＤでの無収差の模型眼を測定したときに得られた点像、図１１（ｂ）に、第１受光部２１−１又は第２受光部２１−２のＣＣＤで得られる点像をそれぞれ示す。図１１（ｂ）は、各ＣＣＤでアフィン変換のパラメータをもとめる必要がある。さきに計測的に得た、参照点の絶対位置から、決まる点像位置を示す。図示のように整然とならんでいるとは限らないが、ここでは図化が簡単のためにこのように示した。

一般にＣＣＤは光学器械として、良い精度で組み立てられる。しかし、わずかながら光軸を軸に回転したり、いわゆるあおりがあったり、光軸と垂直の面内で位置ずれしていたりする場合がある。これは、わずかな量であるが、図示のように（図は誇張してある）、無収差模型眼を測定したときの、それぞれのＣＣＤで観察できる点像は、移動したりゆがんだりしている場合がある。例えば、図１１（ａ）は、レンズレットアレイに起因するゆがみや位置移動のみ、図１１（ｂ）のＣＣＤ上ではＣＣＤ起因のゆがみや位置ずれが加わる。

図１１（ａ）に示すＣＣＤ上での点像と、図１１（ｂ）に示す、先立った計測によって得られたＣＣＤの位置、回転誤差がないときの点像の配置（参照点）との間には１対１対応がある。測定部６００は、この対応をつけ、２つの点像のアレイ間での関係を、次式に示すアフィン変換によって近似する。
ｘ’＝Ａ_Ｃ１ｘ＋Ｂ_Ｃ１ｙ＋Ｄ_Ｃ１
ｙ’＝Ａ_Ｃ２ｘ＋Ｂ_Ｃ２ｙ＋Ｄ_Ｃ２
次に示す各ＣＣＤに対する校正パラメータは、メモリ（記憶装置）８００に記憶される。
Ａ_Ｃ１、Ｂ_Ｃ１、Ｄ_Ｃ１
Ａ_Ｃ２、Ｂ_Ｃ２、Ｄ_Ｃ２

３．４ バリエーション
対物レンズの前にλ／４板を挿入して、第１光源部１１から第１偏光光学部材（偏光子１）１２を通って来た直線偏光を一度円偏光にし、網膜の一部で反射して、位相が反転した円偏光を、このλ／４板で、先ほどと９０度偏波面の回転した偏光光にして、第２偏光光学部材（偏光子２）２３を透過して、波面測定部分に光が導かれる方法も考えられる。この場合も、第１偏光光学部材（偏光子１）１２及び第２偏光光学部材（偏光子２）２３の回転により、２つのＣＣＤを使った、高速な波面測定が可能になる。

３．５ 照明光学系と受光光学系との変形例
上述の説明において、照明光学系と受光光学系において、偏光を利用して光束切り替えを行う例を説明した。しかし、これに限定されるものでなく他の方法も採用可能である。他の例としては、第１照明光学系１０において、第１偏光光学部材１２また、第１受光光学系２０に第１偏光光学部材２３を設けず、第１受光光学系２０の偏光ビームスプリッタ２４を、通常の反射ミラーに交換し、光路から挿脱自在に構成する。反射ミラーは、制御部６１０からの信号によって、第１受光部と第２受光部との露光タイミングに応じて光路から挿脱自在に制御される。その結果、その反射ミラーが光路から離脱した際には、眼底からの反射光が第１受光部２１−１に導かれ、光路に挿入された際には、第２変換部材２２−２に導かれるようになる。

この発明は、眼科用の測定装置や手術装置等に、幅広く適用することができる。

眼科測定装置の光学配置図。 眼科測定装置のブロック図。 ＣＣＤ１個及び２個のときのタイムチャートの説明図。 全体のフローチャート。 測定サブルーチン１のフローチャート。 第１受光部（ＣＣＤ２）２１−１と第２受光部（ＣＣＤ３）２１−２の配置を説明する図。 装置の収差を求めるフローチャート。 波面を求めるためのフローチャート。 （ｒ，ｔ）座標のゼルニケ多項式の図。 （ｘ，ｙ）座標のゼルニケ多項式の図。 各シャックハルトマン波面センサーのＣＣＤの配置誤差の校正についての説明図。

符号の説明

１０ 第１照明光学系１１ 第１光源部
１２ 第１偏光光学部材
１３ プリズム
１４ ビームスプリッタ
２０ 第１受光光学系
２１−１ 第１受光部
２１−２ 第２受光部
２２−１ 第１変換部材
２２−２ 第２変換部材
２３ 第２偏光光学部材
２４ 偏光ビームスプリッタ
２５−１ シャックハルトマン波面センサー１
２５−２ シャックハルトマン波面センサー２
４０ 前眼部観察部
４１ 第３受光部
５０ 第１調整光学部
６０ 前眼部照明部
６００ 演算部
６１０ 制御部
６２０ 第１駆動部
７００ 表示部
８００ メモリ

Claims (9)

1. 所定のタイミングで高輝度の光束を発する光源部と、
   上記光源部からの光束を被測定眼の眼底に照明する照明光学系と、
   照明された被測定眼の眼底からの反射光束を選択的に、少なくとも１７本の光束に分割する第１及び第２変換部材を介してそれぞれ交互に第１及び第２の受光部に導く受光光学系と、
   上記第１及び第２の受光部からの出力に基づき、被測定眼の波面収差を短い間隔で測定する測定部とを有する眼科測定装置。
2. 上記照明光学系は、第１の偏光と第２の偏光とに偏光条件を交互に変更する第１偏光光学部材を含み、上記第１偏光光学部材を介して上記光源部からの光束を被測定眼の眼底に照明し、
   上記受光光学系は、上記第１偏光光学部材の偏光条件に応じて照明された被測定眼からの反射光の各偏光成分を選択する第２偏光光学部材と、選択された各偏光成分の反射光をそれぞれ交互に少なくとも１７本の光束に分割する光学素子を介して受光する第１及び第２の受光部とを含むように構成されていることを特徴とする眼科測定装置。
3. 上記第１及び第２偏光光学部材は、偏光板を光軸周りに回転可能に構成したことを特徴とする請求項２記載の眼科測定装置。
4. 上記第１及び第２の受光部は、互いに半画素分ずれて配置されており、
   上記測定部は、上記第１及び第２の受光部からの出力に基づき、一つの受光部からの出力に基づくよりも高精度に波面収差測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の眼科測定装置。
5. 上記測定部は、被測定眼の測定に先立ち、模型眼などの移動しない対象物を測定対象物として、その際の上記第１及び第２の受光部の出力から、アフィン変換などの変換処理を利用して、互いの位置関係を求める校正モードを実行することを特徴とする請求項１記載の眼科測定装置。
6. 上記測定部は、上記第１の受光部が露光している間に上記第２の受光部からデータを読み出し、一方、上記第２の受光部が露光している間に上記第１の受光部からデータを読み出すことを特徴とする請求項１記載の眼科測定装置。
7. 上記受光光学系は、第１の偏光を上記第１の受光部に導き、第２の偏光を上記第２の受光部に導く偏光ビームスプリッタをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の眼科測定装置。
8. 上記第１偏光光学部材の偏光方向を制御して、被測定眼の入射光の偏光条件・方向を第１の偏光又は第２の偏光に交互に変更し、上記第２偏光光学部材の偏光条件・方向を、上記第１偏光光学部材の偏光条件・方向に応じて、被測定眼からの反射光を透過するように、第１の偏光又は第２の偏光に交互に変更するための駆動部をさらに備えた請求項１記載の眼科測定装置。
9. 上記第１及び第２の偏光は、それぞれＰ偏光及びＳ偏光又はその逆であることを特徴とする請求項１記載の眼科測定装置。
   

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