JP2007252413A - Measuring instrument for ophthalmology - Google Patents

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Toshibumi Mihashi
俊文 三橋
Tatsuo Yamaguchi
達夫 山口
Mariko Kobayashi
真理子 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To execute measurement satisfying requested measurement accuracy even when using a plurality of light receiving parts of a smaller pixel density than the condition of satisfying the measurement accuracy requested for a measurement area. <P>SOLUTION: A first light source part 1 emits a luminous flux for illuminating the fundus. A first illumination optical system 10 illuminates the luminous flux from the first light source part 1 on the fundus of an eye 100 to be measured as roughly a point image. A first light receiving optical system 20 has a first light receiving part 21-1 to a fourth light receiving part 21-4 of the smaller number of pixels than the number of pixels for satisfying the measurement accuracy requested for the measurement area, and the luminous flux from a measurement object area is divided and received by the first light receiving part 21-1 to the fourth light receiving part 21-4. A measurement part measures the aberration of the eye 100 to be measured of the entire measurement area on the basis of output from the first light receiving part 21-1 to the fourth light receiving part 21-4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、眼科用測定装置に係り、特に、短時間に波面測定を繰り返し行える眼科用測定装置に関する。   The present invention relates to an ophthalmic measuring apparatus, and more particularly to an ophthalmic measuring apparatus that can repeatedly perform wavefront measurement in a short time.

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。
In conventional ophthalmic optical devices, Patent Documents 1 and 2 disclose devices that measure the wavefront aberration of an eye using two Shack-Hartmann wavefront sensors.
In Patent Document 1, the first light receiving portion and the third light receiving portion correspond to the Shack-Hartmann wavefront sensor in FIG. 12, but the first light receiving portion receives the reflected light beam from the cornea and measures the shape of the cornea. The three light receiving units are different from each other so as to receive the reflected light beam from the retina and measure the optical characteristics.
Patent Document 2 discloses a configuration in which reflected light from the retina is received by a low-sensitivity Shack-Hartmann wavefront sensor and a high-sensitivity Shack-Hartmann wavefront sensor. Here, the two Shack-Hartmann wavefront sensors differ in sensitivity and are not intended for high-speed shooting.
Patent Document 3 synchronizes the start time of the dead time of the first camera and the end time of the dead time of the second camera, and sets the light emission start time of the first light emission immediately before the start of the dead time of the first camera. On the other hand, a high-speed continuous shooting system is disclosed in which the light emission start time of the second light emission is within the dead time of the first camera and after the dead time of the second camera is over.
Patent Document 4 receives scattered light from each of these light sources, a light source that generates a plurality of light beams, an optical imaging system that projects light beams to different positions in the target optical system, and each of the scattered lights. A system for measuring aberrations of a three-dimensional structure is disclosed that includes a wavefront sensor that detects the wavefront of the three-dimensional structure.
Furthermore, Patent Document 5 discloses an aberration analysis from end to end of a visual system by a pre-correction system that is positioned between the projection optical system and the eye and compensates for the light beam incident on the eye to be measured with respect to the aberration of the eye. A possible dynamic range expansion technique for wavefront sensors is disclosed.

特開平11−137520号公報JP-A-11-137520 特開2004−81725号公報JP 2004-81725 A 特開2005−275305号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-275305 特表2005−506107号公報JP 2005-506107 A 特表2004−500195号公報JP-T-2004-500195

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、おおむね最大周波数で20Hz程度であろうと考えられている。サンプリング定理を考えると、時間方向の測定回数としては、例えば、秒間40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では、画像を取り込むためにCCDを利用する。ここで使われるCCDは、弱い光を低ノイズで取り込むことのできる仕様が要求される。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(レンズレットアレイは、たとえば0.2mm角程度の小レンズからなる)と、典型的には1000×1000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、1000×1000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。
The measured eye aberration varies with eye movement. In addition, tears on the cornea also change over time, which also causes aberration changes. Further, the lens is adjusted according to the distance when looking at near or far away objects, and this also changes the aberration. Although this change has various frequency components, it is considered that the maximum frequency is about 20 Hz. Considering the sampling theorem, the number of measurements in the time direction needs to be measured, for example, 40 times or more per second, and the need for high-speed measurement of eye aberrations is increasing.
The Shack-Hartmann wavefront sensor uses a CCD to capture an image. The CCD used here is required to have a specification that can capture weak light with low noise. For example, the Shack-Hartmann wavefront sensor has a lenslet array having lenslets arranged in two dimensions (the lenslet array is composed of small lenses of about 0.2 mm square, for example), and typically has a size of 1000 × 1000 pixels. It consists of a digital CCD. Wavefront aberration measurement using a Shack-Hartmann wavefront sensor can be measured with high accuracy when measured with a digital CCD having a low noise of about 1000 × 1000.

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、1000×1000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。画像データの読み出しに必要な時間は下記のようにして決まる。1画素単位の読み出し速度は、測定用では、例えば、約66MHz程度が現在のところ典型的である。例えば、1000×1000のCCD、つまり100万画素CCDは本当の画素数は1280×1024であるので、次式のように、読み出し時間は、約20ms程度である。
(1画面を読み出すためにかかる時間)=1280×1024/66000000
=0.019859
つまり、20ms程度の露光を加えると、この読み出し時間との合計で40ms程度の時間が1画像あたりかかり、約25 frames per second(FPS)での情報の取り込みとなる。さらに、露光時間を減らす努力をして、ほとんど露光時間を0にしても、50FPS程度までしか取り込み回数が増加しないことが想定される。このように、露光時間にくらべてデータ転送時間が長いこのようなCCDでは、露光時間を短くしても、1秒当たりに得られる画像数あまり多くならない。
本発明は、以上の点に鑑み、測定エリアに対して要求される測定精度を満足する条件よりも小さな画素密度である複数の受光部を用いても、要求される測定精度を満足する測定を行う眼科用測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、特に、画像数を増やすために、複数、とくに4台のシャックハルトマン波面センサーを利用し、4台の画素数の少ないCCDを使うことにより、収差測定の性能を落とすことなく、読み込み時間を短縮し、より多くの画像を単位時間に取り込める眼科用測定装置を提供することを目的とする。
However, in the case of a CCD having such a specification, it is conceivable that there is a performance limitation that the time for reading out the electric charge stored in the CCD after exposure cannot be made very fast. For example, in the case of a digital CCD of about 1000 × 1000, the current number of repeated measurements is about 20 times per second. This is determined by the sum of the exposure time and the image data read time. The time required for reading the image data is determined as follows. The readout speed per pixel is typically about 66 MHz for measurement at present. For example, since the true pixel count of a 1000 × 1000 CCD, that is, a 1 million pixel CCD is 1280 × 1024, the readout time is about 20 ms as shown in the following equation.
(Time required to read one screen) = 1280 × 1024/66000000
= 0.019859
In other words, when an exposure of about 20 ms is applied, a total time of about 40 ms takes a total of about 40 ms per image, and information is captured at about 25 frames per second (FPS). Furthermore, even if the effort is made to reduce the exposure time so that the exposure time is almost zero, it is assumed that the number of captures only increases to about 50 FPS. Thus, in such a CCD in which the data transfer time is longer than the exposure time, the number of images obtained per second does not increase so much even if the exposure time is shortened.
In view of the above points, the present invention performs measurement that satisfies the required measurement accuracy even when a plurality of light receiving units having a smaller pixel density than the condition that satisfies the measurement accuracy required for the measurement area is used. It is an object of the present invention to provide an ophthalmic measurement apparatus to be performed. In addition, the present invention uses a plurality of, in particular, four Shack-Hartmann wavefront sensors to increase the number of images, and uses four CCDs with a small number of pixels without degrading the performance of aberration measurement. An object of the present invention is to provide an ophthalmic measurement apparatus that can shorten the reading time and capture more images per unit time.

本発明の第1の解決手段によると、
眼底を照明するための光束を発光する光源部と、
上記光源部からの光束を被測定眼の眼底上に略点像として照明する照明光学系と、
測定エリアに対して要求される測定精度を満足する画素数よりも小さな画素数である複数の受光部を有し、上記複数の受光部に測定対象エリアからの光束を分割して受光するようにした受光光学系と、
上記複数の受光部からの出力に基づき、測定エリア全体の被測定眼の波面収差を測定する測定部と、
を備えた眼科用測定装置が提供される。
According to the first solution of the present invention,
A light source unit that emits a light beam for illuminating the fundus;
An illumination optical system that illuminates the light flux from the light source unit as a substantially point image on the fundus of the eye to be measured;
It has a plurality of light receiving portions having a number of pixels smaller than the number of pixels satisfying the measurement accuracy required for the measurement area, and the light beams from the measurement target area are divided and received by the plurality of light receiving portions. Receiving optical system,
Based on outputs from the plurality of light receiving units, a measuring unit that measures the wavefront aberration of the eye under measurement in the entire measurement area;
An ophthalmic measurement apparatus is provided.

従来では、もともと必要なCCDの画素数が1000×1000画素程度だったが、本発明では、例えば、VGAレベルの640×480のCCD4台で、同等の精度で高速なセンサーが実現できる。さらに、本発明では、現状、CCDの画素数が1000×1000画素程度ではデータの読み出しに20ms程度かかっているところを、同じデータ量及びピクセルクロックで5ms程度で読み出すことが可能になる。   Conventionally, the number of required CCD pixels was originally about 1000 × 1000 pixels. However, in the present invention, for example, four VGA level 640 × 480 CCDs can realize a high-speed sensor with the same accuracy. Further, in the present invention, when the number of pixels of the CCD is about 1000 × 1000 pixels, data reading of about 20 ms can be read out in about 5 ms with the same data amount and pixel clock.

1.装置構成
1.1 光学系
1.1.1 第1の実施の形態(ハーフミラータイプ)
図1に、ミラーにハーフミラーを使うタイプの光学系の図を示す。
本装置は、第1光源部1と、第1照明光学系10と、第1受光光学系20と、前眼部観察部30と、前眼部照明部40と、視標光学部50とを備え、被測定眼100を測定する。
第1光源部1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1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1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1は、SLDに限られるものではなく、レーザーの様に空間、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1の波長は、例えば、近赤外光(840nm程度)又は赤外域の波長(例、780nm)を使用することができる。
1. Apparatus Configuration 1.1 Optical System 1.1.1 First Embodiment (Half Mirror Type)
FIG. 1 shows a diagram of an optical system using a half mirror as a mirror.
This apparatus includes a first light source unit 1, a first illumination optical system 10, a first light receiving optical system 20, an anterior ocular segment observation unit 30, an anterior ocular segment illumination unit 40, and a target optical unit 50. And the eye 100 to be measured is measured.
The first light source unit 1 emits light at a predetermined timing and emits a light beam having a first wavelength. The first light source unit 1 preferably has high spatial coherence and not high temporal coherence. Here, as an example, the first light source unit 1 employs an SLD (super luminescence diode), and a point light source with high luminance can be obtained. Note that the first light source unit 1 is not limited to the SLD, and even the one having high coherence in both space and time, such as a laser, can be used by appropriately reducing the time coherence by inserting a rotating diffusion plate or the like. it can. And even if the LED does not have high coherence in space and time, it can be used by inserting a pinhole or the like at the position of the light source in the optical path as long as the amount of light is sufficient. Moreover, the wavelength of the 1st light source part 1 for illumination can use near infrared light (about 840 nm) or the wavelength (for example, 780 nm) of an infrared region, for example.

第1照明光学系10は、例えば、調節部11、ビームスプリッタ12、集光レンズ、対物レンズやシリンダーレンズ及び/又はリレーレンズ等のレンズを備える。第1照明光学系10は、第1光源1からの光束を被測定眼100の眼底上に略点像として照明する。調節部11は、被測定眼100の球面度に応じて、屋根状のミラーが移動して、第1受光部21−1〜第4受光部21−4に、焦点のあった点像ができるよう調節する。ビームスプリッター(B2)12は、可視光は反射であると同時に、波面測定の目的で、例えば810nmから870nm程度の領域でS偏光を反射、P偏光を透過する。
第1光源部1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、径が変換部材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1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。
The first illumination optical system 10 includes, for example, a lens such as an adjustment unit 11, a beam splitter 12, a condenser lens, an objective lens, a cylinder lens, and / or a relay lens. The first illumination optical system 10 illuminates the light beam from the first light source 1 as a substantially point image on the fundus of the eye 100 to be measured. The adjustment unit 11 moves the roof-shaped mirror in accordance with the sphericity of the eye 100 to be measured, and forms a focused point image on the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4. Adjust as follows. The beam splitter (B2) 12 reflects visible light and reflects S-polarized light and transmits P-polarized light in a region of about 810 nm to 870 nm, for example, for the purpose of wavefront measurement.
Incident light from the first light source unit 1 to the eye 100 to be measured is decentered to change the incident position of the light flux in a direction perpendicular to the optical axis, and can prevent noise from being reflected by preventing the vertex reflection of the lens and cornea. The stop has a diameter smaller than the effective range of the Hartmann plate of the conversion member, and can perform so-called single-pass aberration measurement in which the aberration of the eye affects only the light receiving side.
In addition, after the incident light beam emitted from the first light source unit 1 has a common optical path with the measurement light beam diffusely reflected from the fundus, it travels in the same manner as the measurement light beam diffusely reflected from the fundus. To do. However, in the single pass measurement, the diameters of the respective light beams are different, and the beam diameter of the incident light beam is set to be considerably smaller than the measurement light beam. Specifically, the beam diameter of the incident light beam may be, for example, about 1 mm at the pupil position of the eye 100 to be measured, and the beam diameter of the measurement light beam may be about 7 mm. Note that double-pass measurement can also be performed by appropriately arranging the optical system.

第1受光光学系20は、第1受光部(ハルトマンセンサー1)21−1〜第4受光部(ハルトマンセンサー4)21−4、分離反射部(ハーフミラー)22〜24を備える。第1受光光学系20は、被測定眼100からの反射光を複数の光路に分岐し、第1受光部21−1〜第4受光部21−4に導くためのものである。分離反射部22〜24は、ハーフミラーであり、測定エリアからの光束を一部重複した状態で分割して受光できるように光束を分離する。第1受光部21−1〜第4受光部21−4は、各光路において、偏心して配置される。たとえば、第1受光部21−1と21−2は、紙面手前側、受光部21−3と21−4は紙面向こう側に概ね配置することが考えられる。第1受光部21−1〜第4受光部21−4は、光束を一部重複した状態で分割して受光できるように、各光軸をまたぐ形で配置されてもよい。
第1受光部21−1〜第4受光部21−4は、例えば、CCDと変換部材(例、ハルトマン板)を備える。変換部材は、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。変換部材には、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、変換部材を介してCCD上に集光する。
The first light receiving optical system 20 includes a first light receiving unit (Hartmann sensor 1) 21-1 to a fourth light receiving unit (Hartmann sensor 4) 21-4, and separation reflection units (half mirrors) 22 to 24. The first light receiving optical system 20 is for branching the reflected light from the eye 100 to be measured into a plurality of optical paths and guiding the light to the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4. The separation reflection units 22 to 24 are half mirrors, and separate the light beam so that the light beam from the measurement area can be divided and received in a partially overlapping state. The first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4 are arranged eccentrically in each optical path. For example, it is conceivable that the first light receiving portions 21-1 and 21-2 are generally disposed on the front side of the paper, and the light receiving portions 21-3 and 21-4 are generally disposed on the other side of the paper. The first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4 may be arranged so as to straddle each optical axis so that the light beams can be divided and received in a partially overlapping state.
The first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4 include, for example, a CCD and a conversion member (eg, Hartmann plate). The conversion member is a wavefront conversion member having a lens unit for converting the reflected light beam into at least 17 plural beams. As the conversion member, a plurality of micro Fresnel lenses arranged in a plane orthogonal to the optical axis can be used. The reflected light from the fundus is condensed on the CCD via the conversion member.

前眼部観察部30は、例えば、リレーレンズとCCDで構成される第5受光部31、反射鏡(B1)32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40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。反射鏡32は、例えば、900nm以上のみを反射するダイクロイックミラーである。
前眼部照明部40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、ここでは、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、840nm程度)と異なると共に、長い波長の940nm程度の近赤外光を選択できる。
視標光学部50は、例えば、被測定眼100の風景チャート、固視や雲霧をさせる為の視標を投影する光路を含むものであって、固視標51、反射鏡52、リレーレンズを備える。第1光源部1からの光束で固視標51を眼底に照射することができ、被測定眼100にその像を観察させる。固視標51は、可視光で照らされている。反射鏡52は、可視反射、例えば、900nm以上透過のダイクロイックミラーである。
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用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1、第1受光部21−1〜第4受光部21−4のそれぞれのCCDが共役である。また、被測定眼100の眼の瞳(虹彩)、第1受光部21−1〜第4受光部21−4のそれぞれの変換部材、第1照明光学系10の測定光入射側の絞り、前眼部観察部30が共役である。
The anterior ocular segment observing unit 30 includes, for example, a fifth light receiving unit 31 including a relay lens and a CCD, and a reflecting mirror (B1) 32. For example, the pattern of the anterior ocular segment illuminating unit 40 such as platide ring and kerat ring However, the light beam reflected and returned from the anterior eye part of the eye 100 to be measured is observed. If a telecentric diaphragm is provided, the pupil diameter can be measured accurately. The reflecting mirror 32 is a dichroic mirror that reflects only 900 nm or more, for example.
The anterior ocular segment illumination unit 40 includes a second light source unit that emits a light beam having a second wavelength, and irradiates the anterior eye segment with a predetermined pattern using, for example, platid ring or kerat ring, with the light beam from the second light source unit. To do. In the case of keratoling, a pattern only near the center of curvature of the cornea can be obtained from the kerato image. Here, for example, the second wavelength of the light beam emitted from the second light source unit is different from the first wavelength (here, about 840 nm), and near infrared light having a long wavelength of about 940 nm can be selected.
The target optical unit 50 includes, for example, a landscape chart of the eye 100 to be measured, an optical path for projecting a target for fixation or clouding, and includes a fixation target 51, a reflecting mirror 52, and a relay lens. Prepare. The fixation target 51 can be irradiated onto the fundus with the light flux from the first light source unit 1, and the image of the eye 100 to be measured is observed. The fixation target 51 is illuminated with visible light. The reflecting mirror 52 is a dichroic mirror that transmits visible reflection, for example, 900 nm or more.
Although the above-described optical system has been mainly described as a single path with a thin incident light beam, the present invention can also be applied to an ophthalmic measurement apparatus as a double path with a large incident light beam. At this time, the optical system is arranged in a double-pass configuration, but the measurement / calculation processing by the calculation unit is the same.
(Conjugate relationship)
The CCD of each of the fundus of the eye 100 to be measured, the first light source unit 1, and the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4 is conjugate. Further, the pupil (iris) of the eye 100 to be measured, the respective conversion members of the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4, the stop on the measurement light incident side of the first illumination optical system 10, the front The eye observation unit 30 is conjugate.

1.1.2 第2の実施の形態(きりかきミラータイプ)
図2に、きりかいたミラーで構成される光学系の図を示す。
本装置は、第1光源部1と、第1照明光学系10と、第2受光光学系20’と、前眼部観察部30と、前眼部照明部40と、視標光学部50とを備え、被測定眼100を測定する。第2受光光学系20’のミラーがきりかいたミラーを用いていること以外は、図1に示すハーフミラータイプの光学系と同じである。
第2受光光学系20’は、第1受光部(ハルトマンセンサー1)21−1〜第4受光部(ハルトマンセンサー4)21−4、分割反射部(きりかきミラー)22−2、23−2、24−2を備える。分割反射部22−2〜24−2は、必要なところのみに存在し、被測定眼100からの反射光を部分的に反射する。分割反射部のきりかきかたは他の組み合わせもありうるが、ここでは1つの実現例について説明する。分割反射部22−2は紙面向こう側のみに存在する。分割反射部23−2は、図でわかるように光軸のはさんで片側のみにある。分割反射部24−2も同様である。図ではわかりにくいが、この分割反射部22−2,23−2,24−2は、の配置に対応して、第1受光部21−1と21−2は、紙面手前側に、受光部21−3と21−4は紙面向こう側に概ね配置することが考えられる。
1.1.2 Second Embodiment (Kirikaki Mirror Type)
FIG. 2 shows a diagram of an optical system composed of sharp mirrors.
The apparatus includes a first light source unit 1, a first illumination optical system 10, a second light receiving optical system 20 ′, an anterior ocular segment observation unit 30, an anterior ocular segment illumination unit 40, and a target optical unit 50. And the eye 100 to be measured is measured. The optical system is the same as the half mirror type optical system shown in FIG. 1 except that a mirror with a clear mirror of the second light receiving optical system 20 ′ is used.
The second light receiving optical system 20 ′ includes a first light receiving portion (Hartmann sensor 1) 21-1 to a fourth light receiving portion (Hartmann sensor 4) 21-4, divided reflection portions (cutting mirrors) 22-2 and 23-2. , 24-2. The division | segmentation reflection parts 22-2 to 24-2 exist only in a required place, and reflect the reflected light from the to-be-measured eye 100 partially. Although there are other combinations of how to split the dividing reflector, one implementation example will be described here. The split reflection part 22-2 exists only on the other side of the page. As can be seen in the figure, the split reflection section 23-2 is only on one side across the optical axis. The same applies to the divided reflection section 24-2. Although it is difficult to understand in the figure, the first light receiving parts 21-1 and 21-2 correspond to the arrangement of the divided reflection parts 22-2, 23-2, and 24-2. It can be considered that 21-3 and 21-4 are generally arranged on the other side of the drawing.

1.2 4台のCCDの配置
図3に、4台のCCDの配置についての説明図を示す。図3(a)にハーフミラーの場合、図3(b)にきりかきミラーの場合をそれぞれ示す。
第1の実施の形態の光学系のようにハーフミラーを用いた場合、図3(a)が示すように各CCDが取り込んだ画像が一部重複している。一方、第2の実施の形態の光学系のようにきりかきミラーを用いた場合、図3(b)が示すように取り込んだ画像は重複しない。
1.2 Arrangement of 4 CCDs FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of 4 CCDs. FIG. 3A shows the case of a half mirror, and FIG. 3B shows the case of a scratched mirror.
When a half mirror is used as in the optical system of the first embodiment, the images captured by the CCDs partially overlap as shown in FIG. On the other hand, when a scratch mirror is used as in the optical system of the second embodiment, the captured images do not overlap as shown in FIG.

1.3 電気系
図4は、眼科用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30の第5受光部31からの信号(2)と、第1受光部21−1からの信号(4)と、第2受光部21−2からの信号(5)と、第3受光部21−3からの信号(6)と、第4受光部21−4からの信号(7)が入力される。
測定部600は、第1受光部21−1〜第4受光部21−4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(4)、第2受光部21−2からの信号(5)、第3受光部21−3からの信号(6)、第4受光部21−4からの信号(7)、前眼部観察部30の第5受光部31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。前眼部観察部30の第5受光部31からの信号は、眼と測定装置のアライメントずれ、偏心の補正、瞳中心での解析のための情報を得るために必要である。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1、前眼部照明部40の第2光源部の点灯・消灯等を制御したり、第1受光部21−1〜第4受光部21−4のCCD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1に対して信号(1)を出力し、前眼部照明部40に対して信号(3)を出力し、第1受光部21−1に対して信号(4)を出力し、第2受光部21−2に対して信号(5)を出力し、第3受光部21−3に対して信号(6)を出力し、第4受光部21−4に対して信号(7)を出力し、調整部11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、被測定眼100の球面度に応じて、屋根状のミラーを移動させて、各ハルトマンセンサーの第1受光部21−1〜第4受光部21−4に、それぞれ焦点のあった点像ができるよう調節する。
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。
1.3 Electrical System FIG. 4 is a block diagram of an ophthalmic measuring apparatus.
The electrical system of the present embodiment includes a measurement unit 600, a control unit 610, a first drive unit 620, a display unit 700, and a memory 800. The measurement unit 600 includes a signal (2) from the fifth light receiving unit 31 of the anterior segment observation unit 30, a signal (4) from the first light receiving unit 21-1, and a second light receiving unit 21-2. Signal (5), a signal (6) from the third light receiving unit 21-3, and a signal (7) from the fourth light receiving unit 21-4 are input.
The measurement unit 600 measures the aberration of the eye 100 to be measured at short intervals based on the outputs from the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4. The measuring unit 600 includes a signal (4) from the first light receiving unit 21-1, a signal (5) from the second light receiving unit 21-2, a signal (6) from the third light receiving unit 21-3, and a fourth light receiving unit. The signal (7) from the unit 21-4 and the signal (2) from the fifth light receiving unit 31 of the anterior segment observation unit 30 are input, and the optical characteristics of the eye 100 to be measured are obtained based on, for example, the tilt angle of the luminous flux. . The signal from the fifth light receiving unit 31 of the anterior ocular segment observation unit 30 is necessary to obtain information for misalignment of the eye and the measuring device, correction of eccentricity, and analysis at the center of the pupil. The measurement unit 600 appropriately outputs signals or other signals / data corresponding to the calculation results to the control unit 610 that controls the electric drive system, the display unit 700, and the memory 800, respectively.
Based on the control signal from the measurement unit 600, the control unit 610 controls turning on / off of the second light source unit of the first light source unit 1 and the anterior segment illumination unit 40, or the first light receiving unit 21-1. To control exposure / read-out of the CCD of the fourth light receiving unit 21-4. The control unit 610 outputs a signal (1) to the first light source unit 1 based on a signal corresponding to the calculation result in the measurement unit 600, and outputs a signal (3) to the anterior ocular segment illumination unit 40. The signal (4) is output to the first light receiving unit 21-1, the signal (5) is output to the second light receiving unit 21-2, and the signal is output to the third light receiving unit 21-3. (6) is output, the signal (7) is output to the fourth light receiving unit 21-4, and the signal (8) is output to the adjustment unit 11.
The first drive unit 620 is controlled by the measurement unit 600 and the control unit 610, and moves the roof-shaped mirror according to the sphericity of the eye 100 to be measured, so that the first light receiving units 21-1 to 21-1 of each Hartmann sensor. The fourth light receiving unit 21-4 is adjusted so that a focused point image can be formed.
The display unit 700 displays a result (aberration analysis or the like) during or after the arithmetic processing as a diagram, a table, data, a graphic, a moving image / still image, or the like. Or, output to another device.
The memory 800 appropriately stores various data such as measured data, intermediate data, and calculation result data, and preset values such as an exposure time t and the number of measurements P as necessary. Measurement unit 600 reads / writes data to / from memory 800 as appropriate.

2.収差解析
2.1 読み込み時間の比較
図5は、CCDの読み込み時間が短縮されることによる効果を示す図である。図5(a)に、一例として、画素数が1000×1000程度のCCD1台の場合を示す。図5(b)に、一例として、VGAレベルの640×480のCCDの場合を示す。図5(b)が示すように、画素数が1000×1000程度のCCD1台と比較して、VGAレベルの640×480のCCD4台は、1回の露光に対しての読み出し時間が短いため、これを複数個用いてひとつの画像を形成することにより、一層多くの画像が取り込めることがわかる。
2. Aberration Analysis 2.1 Comparison of Reading Time FIG. 5 is a diagram showing the effect of shortening the reading time of the CCD. FIG. 5A shows an example of a single CCD having about 1000 × 1000 pixels. FIG. 5B shows an example of a VGA level 640 × 480 CCD. As shown in FIG. 5B, compared with one CCD having about 1000 × 1000 pixels, four 640 × 480 CCDs having a VGA level have a short readout time for one exposure. It can be seen that a larger number of images can be captured by forming a single image using a plurality of these.

2.2 フローチャート
図6は、波面収差測定のフローチャートである。
測定部600は、第5受光部31上で得られた前眼部像等により眼を測定位置でアライメントする(ステップS01)。次に、測定部600は、4台の受光部(ハルトマンセンサー)から画像を取り込む(ステップS03)。そのために、測定部600は、制御部610により第1受光部21−1〜第4受光部21−4が備える4台のCCDを制御し、露光させて画像を取り込む。次に、測定部600は、ステップS03で取り込んだ画像を画像処理し、点像位置をもとめる(ステップS05)。測定部600は、第1受光部21−1〜第4受光部21−4で取り込んだ画像を読み出し、その画像を画像処理して点像位置を求める。
次に、測定部600は、メモリ800に予め保存してある装置の校正用のパラメータを利用して、アフィン変換を行い、CCD上で得られた点像の位置を、瞳上の位置に変換する(ステップS07)。ここで、測定部600は、アフィン変換による校正としては、例えば、ハルトマン板のレンズレットアレイの校正と、CCDの配置誤差の校正の2通りの校正を実行することができる。本実施の形態では、2段階のアフィン変換により、各CCD上で得られた点像の位置が、瞳上の位置に変換することができる。なお、この例では、測定部600は、これら2段階のアフィン変換を実行しているが、いずれかひとつのみのアフィン変換を用いてもよい。アフィン変換による校正用パラメータについての詳細は後述する。つぎに、測定部600は、通常のシャックハルトマン波面センサーの手法で波面収差をもとめる(ステップS09)。つぎに、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、それを表示部700に表示し、メモリ800に保存する(ステップS10)。
以上のように、測定部600は、4台の受光部により得た複数画像を点像の位置校正をして1枚の画像に合成した後、合成された1枚の画像に基づき、波面収差を求めるようにしたが、測定部600は、4台の受光部により得た複数画像に基づき、複数画像に対する複数の波面収差を求めた後、複数の波面収差の位置校正をして、1枚の画像に合成することもできる。後者の場合、処理の順番としてステップS09の処理を行った後に、ステップS07の処理を行うように、図示のフローチャートのステップS07とステップS09とを入れかえればよい。
2.2 Flowchart FIG. 6 is a flowchart of wavefront aberration measurement.
The measurement unit 600 aligns the eye at the measurement position based on the anterior segment image obtained on the fifth light receiving unit 31 (step S01). Next, the measurement unit 600 captures images from the four light receiving units (Hartmann sensors) (step S03). For this purpose, the measurement unit 600 controls the four CCDs included in the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4 by the control unit 610, exposes them, and captures an image. Next, the measurement unit 600 performs image processing on the image captured in step S03, and obtains a point image position (step S05). The measuring unit 600 reads the images captured by the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4, and performs image processing on the images to obtain the point image position.
Next, the measurement unit 600 performs affine transformation using the calibration parameters of the apparatus stored in the memory 800 in advance, and converts the position of the point image obtained on the CCD into a position on the pupil. (Step S07). Here, the measurement unit 600 can execute two types of calibration as affine transformation, for example, calibration of the lenslet array of the Hartmann plate and calibration of the CCD placement error. In the present embodiment, the position of the point image obtained on each CCD can be converted to a position on the pupil by two-step affine transformation. In this example, the measurement unit 600 performs the two-stage affine transformation, but only one of the affine transformations may be used. Details of calibration parameters by affine transformation will be described later. Next, the measurement unit 600 obtains wavefront aberration by using a normal Shack-Hartmann wavefront sensor method (step S09). Next, the measurement unit 600 reads the obtained wavefront aberration analysis result from the memory (storage unit) 800, and based on the analysis result, for example, an eye aberration data map, a corneal aberration data map, an overhead view, A process for appropriately displaying numerical data, Zernike coefficients, polynomials, and the like is executed, displayed on the display unit 700, and stored in the memory 800 (step S10).
As described above, the measuring unit 600 calibrates the position of the point images of the plurality of images obtained by the four light receiving units and combines them into one image, and then, based on the synthesized one image, the wavefront aberration However, the measurement unit 600 obtains a plurality of wavefront aberrations for the plurality of images based on the plurality of images obtained by the four light receiving units, and then calibrates the position of the plurality of wavefront aberrations to obtain one sheet. It is also possible to synthesize the image. In the latter case, step S07 and step S09 in the illustrated flowchart may be interchanged so that step S09 is performed after the process of step S09 is performed as the processing order.

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7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)。
2.3 Wavefront aberration analysis (Zernike analysis and RMS)
The details of the method for obtaining the wavefront aberration with the Shack-Hartmann wavefront sensor will be described below.
FIG. 7 is a flowchart for obtaining the wavefront.
The measuring unit 600 obtains the position of the point image from the Hartmann image (step S91). The measuring unit 600 reads each point image (position) from the memory 800 and obtains a correspondence between the reference positions (step S93). Next, the measuring unit 600 obtains point image position deviations Δx and Δy from the correspondence between the point image position and the reference position (step S95). Next, the measurement unit 600 analyzes the wavefront aberration by obtaining the wavefront W (X, Y) from the position (X, Y) of the reference point and the deviations Δx, Δy as described below (step 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 2j−iを算出する方法について説明する。ゼルニケ係数c 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 2j−i、ゼルニケ多項式Z 2j−iを用いて次式で表される。
Next, wavefront aberration analysis will be described. Therefore, a method for calculating the Zernike coefficient c i 2j-i from a generally known Zernike polynomial will be described. The Zernike coefficient c i 2j-i is important for grasping the optical characteristics of the eye 100 to be measured based on the inclination angle of the light beam obtained by the CCD through the Hartmann plate by each light receiving unit (Hartmann sensor), for example. Parameter.
The wavefront aberration W (X, Y) of the eye 100 to be measured is expressed by the following expression using the Zernike coefficient c i 2j−i and the Zernike polynomial Z i 2j−i .

Figure 2007252413
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。
Figure 2007252413
However, (X, Y) are the vertical and horizontal coordinates of the Hartmann plate.
The wavefront aberration W (X, Y) is expressed by (x, y) in the vertical and horizontal coordinates of the CCD, f in the distance between the Hartmann plate and the CCD (focal length of the micro lens on the Hartmann plate), and a point image received by the CCD. If the movement distance is (Δx, Δy), the following relationship is established.

Figure 2007252413
ここで、ゼルニケ多項式Z 2j−iは、次式で表される。
具体的には、図11に、(r,t)座標のゼルニケ多項式の図、及び、図12に、(x,y)座標のゼルニケ多項式の図をそれぞれ示す。
Figure 2007252413
Here, the Zernike polynomial Z i 2j−i is expressed by the following equation.
Specifically, FIG. 11 shows a Zernike polynomial of (r, t) coordinates, and FIG. 12 shows a Zernike polynomial of (x, y) coordinates.

Figure 2007252413
Figure 2007252413

Figure 2007252413
Figure 2007252413

なお、ゼルニケ係数c 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。 The Zernike coefficients c i 2j−i can be obtained with specific values by minimizing the square error represented by the following equation.

Figure 2007252413
Figure 2007252413

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。 Where W (X, Y): wavefront aberration, (X, Y): Hartmann plate coordinates, (Δx, Δy): distance of movement of the point image received by the CCD, f: distance between the Hartmann plate and the CCD.

演算部600は、ゼルニケ係数c 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 2j−iを用いて次式により収差量RMS 2j−iを算出する。 The calculation unit 600 calculates Zernike coefficients c i 2j−i and uses them to obtain eye optical characteristics such as spherical aberration, coma aberration, and astigmatism. In addition, the calculation unit 600 calculates the aberration amount RMS i 2j−i using the Zernike coefficient c i 2j−i according to the following equation.

Figure 2007252413
Figure 2007252413

3.校正
3.1 ハルトマン板のレンズレットアレイの校正
図8に、レンズレットアレイの校正及び参照点の決め方についての説明図を示す。
強度センサー60−1は、瞳の位置に置いた強度測定用CCDを示す。瞳の位置に置く強度センサー60−1は、CCD61を備える。CCD61は、校正光源系60−2と対応して、小レンズの中心と光束の重心にあたるところが対応することになる。校正光源系60−2は、ハルトマンセンサー側に設置する光源系を示す。校正光源系60−2は、点光源62、ピンホール63を備える。なお、校正光源系60−2は、ハルトマンセンサーのCCDを取り外し、レンズレットアレイのみを残した状態で設置される。この測定では、光源1と同じ波長が選択されることが望ましい。点光源としては、ハロゲンランプと干渉フィルターとピンホールを組み合わせたものなどが使用できる。
3. Calibration 3.1 Calibration of the Hartmann Plate Lenslet Array FIG. 8 is an explanatory diagram showing how to calibrate the lenslet array and determine the reference points.
The intensity sensor 60-1 indicates an intensity measurement CCD placed at the position of the pupil. The intensity sensor 60-1 placed at the position of the pupil includes a CCD 61. The CCD 61 corresponds to the calibration light source system 60-2 and corresponds to the center of the small lens and the center of gravity of the light beam. The calibration light source system 60-2 is a light source system installed on the Hartmann sensor side. The calibration light source system 60-2 includes a point light source 62 and a pinhole 63. The calibration light source system 60-2 is installed in a state where the CCD of the Hartmann sensor is removed and only the lenslet array is left. In this measurement, it is desirable that the same wavelength as that of the light source 1 is selected. As the point light source, a combination of a halogen lamp, an interference filter, and a pinhole can be used.

まず、瞳の位置に強度センサーとしてCCD61を置き、ハルトマンセンサー側に、校正光源系60−2を設置する。測定部600は、制御部610により光源62を制御して、CCD61に対して光束を照射し、CCD61において、光源62からの光の強度を測定する。これにより、ハルトマン板の小レンズと瞳上の位置の関係が得られる。つまり、ハルトマンセンサーの解析における、瞳上での参照点の絶対位置がもとまったことになる。
ハルトマン板を構成するレンズレットアレイの小レンズの数は、通常数十から数百個が考えられるが、実際の校正では、そのすべてを測定する必要はない。レンズレットアレイは、半導体製造技術を使って作られたBOEなど、位置精度は正確に作られているものが利用されるので、いくつかのレンズレットアレイで、校正用のデータをとり、アフィン変換などの変換処理のパラメータを最小二乗法等で決定する。
アフィン変換は、レンズレットアレイの位置と瞳の位置を関係付けるのに使われる。アフィン変換は、次式で示される。
x’=AL1x+BL1y+CL1
y’=AL2x+BL2y+CL2
次に示すレンズレットアレイ校正パラメータは、メモリ(記憶装置)に記憶される。
L1、BL1、CL1
L2、BL2、CL2
First, the CCD 61 is placed as an intensity sensor at the pupil position, and the calibration light source system 60-2 is installed on the Hartmann sensor side. The measurement unit 600 controls the light source 62 with the control unit 610 to irradiate the CCD 61 with a light beam, and the CCD 61 measures the intensity of light from the light source 62. Thereby, the relationship between the small lens of the Hartmann plate and the position on the pupil is obtained. That is, the absolute position of the reference point on the pupil is obtained in the analysis of the Hartmann sensor.
Although the number of small lenses of the lenslet array constituting the Hartmann plate is usually several tens to several hundreds, it is not necessary to measure all of them in actual calibration. Since the lenslet array is used with accurate position accuracy, such as BOE made using semiconductor manufacturing technology, calibration data is taken with several lenslet arrays and affine transformation is performed. The conversion process parameters such as are determined by the least square method or the like.
The affine transformation is used to relate the position of the lenslet array and the position of the pupil. The affine transformation is expressed by the following equation.
x ′ = A L1 x + B L1 y + C L1
y ′ = A L2 x + B L2 y + C L2
The following lenslet array calibration parameters are stored in a memory (storage device).
A L1 , B L1 , C L1
A L2 , B L2 , C L2

3.2 CCDの配置誤差の校正
図9に、各シャックハルトマンセンサーのCCDの配置誤差の校正についての説明図を示す。
図9(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9(b)に、第1受光部21−1〜第4受光部21−4のCCDで得られる点像をそれぞれ示す。図9(b)は、4台の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9(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9(b)のCCD上ではCCD起因のゆがみや位置ずれが加わる。
3.2 Calibration of CCD placement error FIG. 9 is an explanatory diagram for calibration of CCD placement error of each Shack-Hartmann sensor.
FIG. 9 (a) shows a point image obtained when measuring a non-aberrated model eye with a CCD, and FIG. 9 (b) shows the CCD of the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4. The point images obtained in are shown respectively. In FIG. 9B, it is necessary to obtain affine transformation parameters with four CCDs. The point image position determined from the absolute position of the reference point obtained previously is shown. Although it is not always in order as shown in the figure, it is shown in this way for simplicity of illustration.
In general, a CCD is assembled with good accuracy as an optical instrument. However, there are cases where the optical axis is slightly rotated, so-called tilting occurs, or the position is displaced in a plane perpendicular to the optical axis. This is a small amount, but as shown in the figure (the figure is exaggerated), the point images that can be observed with each CCD when the non-aberration model eye is measured are moved or distorted. There may be. For example, in FIG. 9A, only distortion and position movement due to the lenslet array are added, and distortion and positional deviation due to the CCD are added on the CCD in FIG. 9B.

図9(a)に示すCCD上での点像と、図9(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’=AC1x+BC1y+DC1
y’=AC2x+BC2y+DC2
次に示す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。
C1、BC1、DC1
C2、BC2、DC2
つぎに、図10に、無収差の模型眼を用いた装置の位置校正を求めるフローチャートを示す。
測定部600は、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し、測定する(ステップS71)。次に、測定部600は、第1受光部21−1〜第4受光部21−4の4台から無収差模型眼の画像を取り込む(ステップS73)。測定部600は、4台の受光部から取り込んだ画像を読み出し、取れた画像の重なっているところから、4台のCCDのピクセル間の位置関係の関係式を求める(ステップS75)。ここで、測定部600は、例えば、上述のようにアフィン変換によって2つの点像の位置関係を近似し、校正パラメータを求める。ステップS75で求めた関係式から校正用のパラメータを算出し、メモリ800に記憶する(ステップS77)。
The point image on the CCD shown in FIG. 9A and the position of the CCD obtained by the previous measurement shown in FIG. 9B and the arrangement of the point image when there is no rotation error (reference point). There is a one-to-one correspondence between them. The measurement unit 600 makes this correspondence and approximates the relationship between the arrays of two point images by affine transformation expressed by the following equation.
x ′ = A C1 x + B C1 y + D C1
y ′ = A C2 x + B C2 y + D C2
The following calibration parameters for the CCD are stored in a memory (storage device) 800.
A C1 , B C1 , D C1
A C2 , B C2 , D C2
Next, FIG. 10 shows a flowchart for obtaining the position calibration of the apparatus using a model lens having no aberration.
The measuring unit 600 places and measures a model eye whose aberration is known in advance at the position of the eye 100 to be examined (step S71). Next, the measurement unit 600 captures images of the aberration-free model eyes from the four units of the first light receiving unit 21-1 to the fourth light receiving unit 21-4 (step S73). The measurement unit 600 reads out the images taken from the four light receiving units, and obtains a relational expression of the positional relationship between the pixels of the four CCDs from the place where the taken images overlap (step S75). Here, for example, the measurement unit 600 approximates the positional relationship between two point images by affine transformation as described above, and obtains a calibration parameter. Calibration parameters are calculated from the relational expression obtained in step S75 and stored in the memory 800 (step S77).

4.変形例
4.1 半画素分ずらす構成
図13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、いずれかの受光部のCCDaと他のいずれかの受光部のCCDb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台目の受光部のCCDa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台目の受光部のCCDb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、CCDa及びCCDbは、互いに半画素分ずれて配置されており、測定部600は、CCDa及びCCDb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。
4). Modified Example 4.1 Configuration for Shifting by Half Pixel FIG. 13 is an explanatory diagram showing a configuration for shifting a plurality of light receiving units (CCD) by half a pixel. In the example of this figure, the arrangement of the CCDa of any one light receiving unit and the CCDb of any other light receiving unit is shown.
Examples of the shape of one pixel of the CCD include a square and a rectangle. In the case of a rectangle, the amount of information per unit length on the long side is smaller than that on the short side. Therefore, in this modification, the two CCDs are arranged so as to be shifted by half a pixel on the long side. In addition, you may shift by a half pixel to the short side. As a result, the amount of information on the long side can be increased, and highly accurate measurement is possible. For example, if the CCDa of the first light receiving unit is arranged so that the optical axis coincides with the center of the pixel at the center, the CCDb of the second light receiving unit is the boundary between the pixel at the center and the adjacent pixel. So that the optical axes coincide with each other. Or you may arrange | position reversely.
As described above, the CCDa and the CCDb are arranged so as to be shifted from each other by half a pixel, and the measurement unit 600 measures the aberration with higher accuracy based on the output from the CCDa and the CCDb than on the output from one light receiving unit. Can be configured.

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。   The present invention can be widely applied to ophthalmic measuring devices, surgical devices, and the like.

ミラーにハーフミラーを使うタイプの光学系の図。Diagram of an optical system that uses a half mirror as a mirror. きりかいたミラーで構成される光学系の図。Diagram of an optical system composed of sharp mirrors. 4台のCCD配置についての説明図。An explanatory view about arrangement of four CCDs. 眼科用測定装置のブロック図。1 is a block diagram of an ophthalmic measuring apparatus. CCDの読み込み時間が短縮されることによる効果を示す図。The figure which shows the effect by the reading time of CCD being shortened. 波面収差測定のフローチャート。The flowchart of a wavefront aberration measurement. 波面を求めるためのフローチャート。The flowchart for calculating | requiring a wave front. レンズレットアレイの校正及び参照点の決め方についての説明図。Explanatory drawing about the calibration of a lenslet array and how to determine a reference point. 各シャックハルトマンセンサーのCCDの配置誤差の校正についての説明図。Explanatory drawing about calibration of the arrangement | positioning error of CCD of each Shack-Hartmann sensor. 無収差の模型眼を用いた装置の位置校正を求めるフローチャート。The flowchart which calculates | requires position calibration of the apparatus using a non-aberration model eye. (r,t)座標のゼルニケ多項式の図。A diagram of the Zernike polynomial in (r, t) coordinates. (x,y)座標のゼルニケ多項式の図。A diagram of the Zernike polynomial in (x, y) coordinates. 複数の受光部(CCD)を半画素分ずらす構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure which shifts a some light-receiving part (CCD) by a half pixel.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1光源部
10 第1照明光学系
11 調整部
12 ビームスプリッタ(B2)
20 第1受光光学系
20’ 第2受光光学系
21−1 第1受光部(ハルトマンセンサー1)
21−2 第2受光部(ハルトマンセンサー2)
21−3 第3受光部(ハルトマンセンサー3)
21−4 第4受光部(ハルトマンセンサー4)
22〜24 分離反射板(ハーフミラー)
22−2〜24−2 分離反射板(きりかきミラー)
30 前眼部観察部
31 第5受光部
32 反射鏡(B1)
40 前眼部照明部
50 視標光学部
51 固視標
52 反射鏡
60−1 強度センサー
60−2 校正光源系
61 強度測定用CCD
62 光源
63 ピンホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st light source part 10 1st illumination optical system 11 Adjustment part 12 Beam splitter (B2)
20 1st light reception optical system 20 '2nd light reception optical system 21-1 1st light-receiving part (Hartmann sensor 1)
21-2 2nd light-receiving part (Hartmann sensor 2)
21-3 3rd light-receiving part (Hartmann sensor 3)
21-4 4th light-receiving part (Hartmann sensor 4)
22-24 Separate reflector (half mirror)
22-2 to 24-2 Separating reflector (Kirikaki mirror)
30 Anterior segment observation unit 31 Fifth light receiving unit 32 Reflector (B1)
40 anterior eye illumination unit 50 target optical unit 51 fixation target 52 reflecting mirror 60-1 intensity sensor 60-2 calibration light source system 61 intensity measurement CCD
62 Light source 63 Pinhole

Claims (10)

眼底を照明するための光束を発光する光源部と、
上記光源部からの光束を被測定眼の眼底上に略点像として照明する照明光学系と、
測定エリアに対して要求される測定精度を満足する画素数よりも小さな画素数である複数の受光部を有し、上記複数の受光部に測定対象エリアからの光束を分割して受光するようにした受光光学系と、
上記複数の受光部からの出力に基づき、測定エリア全体の被測定眼の収差を測定する測定部と、
を備えた眼科用測定装置。
A light source unit that emits a light beam for illuminating the fundus;
An illumination optical system that illuminates the light flux from the light source unit as a substantially point image on the fundus of the eye to be measured;
It has a plurality of light receiving portions having a number of pixels smaller than the number of pixels satisfying the measurement accuracy required for the measurement area, and the light beams from the measurement target area are divided and received by the plurality of light receiving portions. Receiving optical system,
Based on the outputs from the plurality of light receiving units, a measuring unit that measures the aberration of the eye under measurement in the entire measurement area;
An ophthalmic measuring apparatus.
上記受光光学系は、被測定眼からの反射光を複数の光路に分岐し、各光路において、上記複数の受光部が、偏心して配置されており、さらに、測定対象エリアからの光束を一部重複した状態で分割して受光できるように光束を分離する分離反射部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の眼科用測定装置。   The light receiving optical system branches reflected light from the eye to be measured into a plurality of optical paths. In each optical path, the plurality of light receiving units are arranged eccentrically, and a part of the light flux from the measurement target area is further provided. The ophthalmic measuring apparatus according to claim 1, further comprising a separation reflection unit that separates a light beam so that the light can be divided and received in an overlapping state. 上記受光光学系は、被測定眼からの反射光を複数の光路に分岐し、各光路において、上記複数の受光部が、測定対象エリアからの光束を分割して受光できるように偏心して配置されてとともに、さらに、部分的に反射する分割反射部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の眼科用測定装置。   The light receiving optical system branches the reflected light from the eye to be measured into a plurality of optical paths, and in each optical path, the plurality of light receiving units are eccentrically arranged so as to divide and receive a light beam from the measurement target area. Furthermore, the division | segmentation reflection part which reflects partially is provided further, The ophthalmic measurement apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 上記複数の受光部は、互いに1画素未満量分ずれて配置されており、上記測定部は、上記複数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記載の眼科用測定装置。   The plurality of light receiving units are arranged so as to be shifted from each other by an amount less than one pixel, and the measurement unit is based on the output from the plurality of light receiving units and more accurately than the output from one light receiving unit. The ophthalmic measurement apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is configured to perform aberration measurement. 上記測定部は、被測定眼測定に先立ち、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記載の眼科用測定装置。   Prior to the measurement eye measurement, the measurement unit uses a non-moving target object such as a model eye as a measurement target, and uses conversion processing such as affine transformation from the outputs of the first and second light receiving units at that time. The ophthalmic measurement apparatus according to claim 1, wherein a calibration mode for obtaining a mutual positional relationship is executed. 上記測定部は、上記複数の受光部からの出力を合成して、測定エリア相当の合成画像を形成してから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記載の眼科用測定装置。   2. The ophthalmologic according to claim 1, wherein the measurement unit is configured to combine the outputs from the plurality of light receiving units to form a composite image corresponding to a measurement area and then perform aberration measurement. Measuring device. 上記測定部は、上記複数の受光部からの出力のそれぞれから、眼底からの光の受光位置を求め、求められた受光位置から波面収差測定を行ってから、測定エリア相当の合成画像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の眼科用測定装置。   The measurement unit obtains a light receiving position of light from the fundus from each of the outputs from the plurality of light receiving units, performs wavefront aberration measurement from the obtained light receiving position, and then forms a composite image corresponding to the measurement area. The ophthalmic measuring apparatus according to claim 1, which is configured as described above. 上記測定部は、上記複数の受光部により得た複数画像を点像の位置校正をして1枚の画像に合成した後、合成された1枚の画像に基づき、波面収差を求めることを特徴とする請求項1記載の眼科用測定装置。   The measurement unit calibrates the position of the point images of the plurality of images obtained by the plurality of light receiving units and combines them into a single image, and then obtains wavefront aberration based on the combined single image. The ophthalmic measurement apparatus according to claim 1. 上記測定部は、上記複数の受光部により得た複数画像に基づき、複数画像に対する複数の波面収差を求めた後、複数の波面収差の位置校正をして、1枚の画像に合成することを特徴とする請求項1記載の眼科用測定装置。   The measurement unit obtains a plurality of wavefront aberrations for the plurality of images based on the plurality of images obtained by the plurality of light receiving units, and then calibrates the positions of the plurality of wavefront aberrations and combines them into one image. The ophthalmic measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring apparatus is ophthalmic. 上記位置校正は、上記複数の受光部に対する複数のハルトマン板のレンズレットアレイの校正と、上記複数の受光部のCCDの配置誤差の校正のいずれかひとつ又は両方を含む請求項8又は請求項9記載の眼科用測定装置。
10. The position calibration includes one or both of calibration of a lenslet array of a plurality of Hartmann plates with respect to the plurality of light receiving units and calibration of an arrangement error of the CCD of the plurality of light receiving units. The ophthalmic measuring apparatus as described.
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