JP2011005131A - 眼屈折力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定のノイズとなる指標像が検出されても、安定した測定結果を得る。
【解決手段】 被検眼眼底に測定光を投光しその眼底反射光を所定の指標パターン像として取り出して二次元撮像素子に撮像させる測定光学系と、前記二次元撮像素子に撮像された指標パターン像に基づいて被検眼の眼屈折力を測定し，測定結果を出力する演算制御手段と、を備える眼屈折力測定装置において、前記測定光学系を構成する光学部材からの反射光によって形成され，測定のノイズとなる指標像データを予め記憶する記憶手段を備え、前記演算制御手段は、前記二次元撮像素子による撮像結果と前記記憶手段に記憶された前記指標像データとを用いて前記眼底反射光による指標像データを特定し、前記特定された指標像データに対応する測定結果を出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被検眼の眼屈折力を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、眼底に測定光を投光し、その眼底反射光を所定の指標パターン像（例えば、リング像、シャックハルトマン像）として二次元撮像素子に撮像させ、そのパターン像に基づいて被検眼の眼屈折力（波面収差を含む）を測定するものが知られている。（特許文献１参照）。

特開２００７−８９７１５公報

しかしながら、上記特許文献１のような装置において、被検眼の眼前に配置された測定窓（例えば、対物レンズ、保護ガラス、等）に汚れや結露による曇りがあると、測定光が汚れなどで反射され、本来検出すべき指標像以外の余分な指標像が検出される恐れがあり、誤った指標像に基づいて測定結果が出力されてしまう可能性がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、測定のノイズとなる指標像が検出されても、安定した測定結果を得ることができる眼屈折力測定装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）
被検眼眼底に測定光を投光しその眼底反射光を所定の指標パターン像として取り出して二次元撮像素子に撮像させる測定光学系と、前記二次元撮像素子に撮像された指標パターン像に基づいて被検眼の眼屈折力を測定し，測定結果を出力する演算制御手段と、を備える眼屈折力測定装置において、
前記測定光学系を構成する光学部材からの反射光によって形成され，測定のノイズとなる指標像データを予め記憶する記憶手段を備え、
前記演算制御手段は、前記二次元撮像素子による撮像結果と前記記憶手段に記憶された前記指標像データとを用いて前記眼底反射光による指標像データを特定し、前記特定された指標像データに対応する測定結果を出力することを特徴とする。
（２） （１）の眼屈折力測定装置において、
前記演算制御手段は、前記二次元撮像素子による撮像結果と前記記憶手段に記憶された指標像データを用いて前記眼底反射光による指標像データと前記光学部材からの反射光による指標像データを判別し、その判別結果に基づいて前記眼底反射光による指標像データを特定することを特徴とする。
（３） （２）の眼屈折力測定装置において、
前記指標パターン像はリングパターン像であって、
前記記憶手段は、前記指標像データとして、前記光学部材からの反射光によるリング像の径、又は該リング像に対応する屈折度数を記憶する記憶手段であって、
前記演算制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記リング像の径又は前記屈折度数に近い方のリング像データを前記光学部材からの反射光によるリング像データとし、他方のリング像データを前記眼底反射光によるリング像データとして判別することを特徴とする。
（４） （３）の眼屈折力測定装置において、
前記演算制御手段は、さらに、前記二次元撮像素子上に２つのリング像があるか否かを判定し、２つのリング像があると判定された場合、前記測定窓に汚れ又は曇りによる異常がある旨を出力することを特徴とする。

本発明によれば、測定のノイズとなる指標像が検出されても、安定した測定結果を得ることができる。

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、眼Ｅの瞳孔中心部を介して眼Ｅの眼底Ｅｆにスポット状の測定指標を投影する投影光学系１０ａと、眼底Ｅｆから反射された眼底反射光を瞳孔周辺部を介してリング状に取り出し、二次元撮像素子にリング状の眼底反射像を撮像させる受光光学系１０ｂと、から構成される。

投影光学系１０ａは、測定光学系１０の光軸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，及び対物レンズ１４を含む。光源１１は、正視眼の眼底Ｅｆと光学的に共役な位置関係となっている。また、ホールミラー１３の開口は、眼Ｅの瞳孔と光学的に共役な位置関係となっている。

受光光学系１０ｂは、投影光学系１０ａの対物レンズ１４，ホールミラー１３が共用され、ホールミラー１３の反射方向の光軸Ｌ１上に配置された，リレーレンズ１６及び全反射ミラー１７と、全反射ミラー１７の反射方向の光軸Ｌ１上に配置された受光絞り１８，コリメータレンズ１９，リングレンズ２０，及びエリアＣＣＤ等からなる二次元撮像素子２２を含む。受光絞り１８及び撮像素子２２は、眼底Ｅｆと光学的に共役な位置関係となっている。リングレンズ２０は、リング状に形成されたレンズ部と、レンズ部以外の領域に遮光用のコーティングを施した遮光部と、から構成され、被検眼Ｅの瞳孔と光学的に共役な位置関係となっている。撮像素子２２からの出力は、画像メモリ７１を介して演算制御部７０に入力される。

なお、測定光学系１０は上記のものに限らず、瞳孔周辺部から眼底Ｅｆにリング状の測定指標を投影し、瞳孔中心部から眼底反射光を取り出し、二次元撮像素子にリング状の眼底反射像を受光させる構成等、周知のものが使用できる。また、連続的なリング像でなく、間欠的なリング像を取り出す構成であってもよく、点像が略リング状に並べられた眼底反射像を取り出す構成であってもよい。

対物レンズ１４とホールミラー１３との間には、固視標呈示光学系３０からの固視標光束を眼Ｅに導き、被検眼Ｅの前眼部からの反射光を観察光学系５０に導くダイクロイックミラー２９が配置されている。ダイクロイックミラー２９は、測定光学系１０に用いられる測定光束の波長を透過する。

固視標呈示光学系３０は、固視標呈示用可視光源３１，固視標を持つ固視標板３２，投光レンズ３３，ダイクロイックミラー２９、対物レンズ１４、を含む。光源３１及び固視標板３２は、光軸Ｌ２方向に移動されることにより、被検眼Ｅの雲霧を行う。

眼Ｅの前眼部の前方には、眼Ｅの角膜Ｅｃにリング指標を投影するための近赤外光を発するリング指標投影光学系４５と、眼Ｅの角膜Ｅｃに無限遠指標を投影することにより被検眼に対する作動距離方向のアライメント状態を検出するための近赤外光を発する作動距離指標投影光学系４６が観察光軸に対して左右対称に配置されている。なお、リング投影光学系４５は、眼Ｅの前眼部を照明する前眼部照明としても用いられる。また、角膜形状測定用の指標としても利用できる。

観察光学系５０は、固視標呈示光学系３０の対物レンズ１４、ダイクロイックミラー２９が共用され、ハーフミラー３５、撮像レンズ５１、及び二次元撮像素子５２を備える。撮像素子５２からの出力は、演算制御部７０に入力される。これにより、被検眼Ｅの前眼部像は二次元撮像素子５２により撮像され、モニタ７上に表示される。なお、この観察光学系５０は被検眼Ｅの角膜に形成されるアライメント指標像を検出する光学系を兼ね、演算制御部７０によりアライメント指標像の位置が検出される。

演算制御部７０には、画像メモリ７１、撮像素子５２、メモリ７５、モニタ７、複数のスイッチを持ち測定の各種設定に用いられるスイッチ部８０等が接続されている。演算制御部７０は、装置全体の制御を行うと共に、眼屈折値の算出や角膜形状の算出等を行う。なお、メモリ７５は、リング像に基づいて眼屈折力を算出するための演算プログラム等を記憶できる。

以上のような構成を備える装置の測定動作について説明する。まず、被検者の顔を図示なき顔支持ユニットに固定させ、固視標３２を固視するよう指示した後、被検眼に対するアライメントを行う。

演算制御部７０は、測定開始信号の入力に基づき光源１１を点灯させる。光源１１から出射された測定光は、リレーレンズ１２から対物レンズ１４までを介して眼底Ｅｆに投影され、眼底Ｅｆ上で回転するスポット状の点光源像を形成する。

眼底Ｅｆ上に形成された点光源像の光は、反射・散乱されて被検眼Ｅを射出し、対物レンズ１４によって集光され、ダイクロイックミラー２９から全反射ミラー１７までを介して受光絞り１８の開口上で再び集光され、コリメータレンズ１９にて略平行光束（正視眼の場合）とされ、リングレンズ２０によってリング状光束として取り出され、リング像として撮像素子２２に受光される。

このとき、はじめに眼屈折力の予備測定が行われ、予備測定の結果に基づいて光源３１及び固視標板３２が光軸Ｌ２方向に移動されることにより、被検眼Ｅに対して雲霧がかけられる。その後、雲霧がかけられた被検眼に対して眼屈折力の測定が行われる。

図２は、測定の際に撮像素子２２に撮像されたリング像である。撮像素子２２からの出力信号は、画像メモリ７１に画像データ（測定画像）として記憶される。その後、演算制御部７０は、画像メモリ７１に記憶された測定画像に基づいて各経線方向にリング像の位置を特定（検出）する。この場合、演算制御部７０は、輝度信号の波形を所定の閾値にて切断し、その切断位置での波形の中間点や、輝度信号の波形のピーク、輝度信号の重心位置などを求めることによりリング像の位置を特定する。次に、演算制御部７０は、特定されたリング像の像位置に基づいて、最小二乗法等を用いて楕円を近似する。そして、演算制御部７０は、近似した楕円の形状から各経線方向の屈折誤差が求め、これに基づいて被検眼の眼屈折値、Ｓ（球面度数）、Ｃ（柱面度数）、Ａ（乱視軸角度）の各値が演算し、測定結果をモニタ７に表示する。

以下に、測定窓（以下の説明では、対物レンズを例に用いる）に汚れがある場合の処理について説明する。本来、光源１１から出射された測定光は、対物レンズ１４を介して被検眼眼底に照射され、その眼底反射光がリング像として撮像素子２２に受光される。しかし、対物レンズ１４の被検眼側表面に汚れや曇りがある場合、光源１１から出射された光は、対物レンズ１４上の汚れ等で反射され、もう一つのリング像として撮影素子２２に受光される。これにより、眼底反射光によるリング像と対物レンズ１４からの反射光によるリング像が混在し、リング像が２つあらわれることがある（図３参照）。

図３において、前述の汚れや曇りなどによるリング像をＳ１、眼底からの反射によるリング像をＳ２とする。リング像Ｓ１は、光学設計上、所定の屈折度数（例えば、−１８Ｄ前後）を持つ被検眼を測定したときと同じ大きさのリング像として撮像される。なお、−１８Ｄ前後は、本光学設計によるもので、異なる光学設計においては、必ずしもこれに限るものではない。

リング像Ｓ２は、被検眼の屈折力によって大きさが変化するため、図３（ａ）に示すようにリング像Ｓ１より外側に現れる場合や、図３（ｂ）のようにリング像Ｓ１の内側に現れる場合がある。このとき、眼底からの反射光量（リング像Ｓ２）が対物レンズ表面での反射光量（リング像Ｓ１）よりも多い場合は、リング像Ｓ２に基づいて眼屈折力が測定される。しかし、眼底からの反射光（リング像Ｓ２）よりも対物レンズ表面での反射光（リング像Ｓ１）の方が強い場合、リング像Ｓ１に基づいて測定結果が算出され、被検眼の眼屈折力を測定することができない。特に、白内障などのような眼内混濁などにより眼底からの反射光量が得られ難い場合に、上記のような誤検出が生じやすい。すなわち、測定光学系を構成する光学部材（例えば、対物レンズ１４）からの反射光によって形成されたリング像は、測定のノイズとなる。

以下の実施形態では、上記のように測定のノイズとなる指標像（例えば、リング像）に関連する指標像データをメモリ７５に予め記憶しておき、撮像素子２２による撮像結果とメモリ７５に記憶された指標像データとを用いて眼底反射光による指標像データを特定し、特定された指標像データに対応する測定結果を出力する手法について説明する。なお、指標像がリングパターン像の場合、指標像（リング像）データとしては、例えば、リング像Ｓ１に対応する屈折度数、リング像Ｓ１の画像データ、リング像Ｓ１のリング径、等が考えられる。

図４は第１実施例について説明するフローチャートである。演算制御部７０は、リング像の一部に基づき特定される中心座標を基準に、３６０度方向に１度ずつ順に各経線エッジを検出する。ここで、図３に示すようにリング像が２つある場合、中心座標と各エッジとの距離から内側のリングに対応するエッジと外側のリングに対応するエッジとに分けられる（内側・外側変換）。次に、演算制御部７０は、特定された内側のエッジ位置に基づいて、最小二乗法等を用いて楕円を近似する。そして、演算制御部７０は、近似した楕円の形状から各経線方向の屈折誤差が求め、内側のリング像に対応するＳＣＡの各値を演算した後、判定ステップ１へと進める。

判定ステップ１（図４中のステップ１）において、演算制御部７０は、内側リングの屈折力が−１８Ｄ周辺であるかどうか判定する。具体的には、内側リングの屈折力が、誤差を考慮して−１８Ｄを基準に設定された所定範囲（例えば、±３Ｄ）内にあるか否かが判定される。判定ステップ１は、内側のリング像が対物レンズ１４の汚れ等によるリング像である可能性があるか否かを判定するためのステップであり、汚れ等によるリング像に対応する所定の屈折度数（−１８Ｄ）が用いられる。この場合、汚れ等によるリング像に対応する屈折度数を実験等により予め求めておき、メモリ７５に記憶しておけばよい（もちろん、図４に示すように、演算制御部７０による演算フローの一部に含める意味も含む）。

上記判定ステップ１において、内側リングが−１８Ｄ周辺でない場合、内側のリング像は眼底反射光によるリング像と判断され、瞬き判定ステップ４を経て内側のリング像に対応する測定結果がモニタ７上に表示される（プリンタによる印字出力でもよい）。

一方、そして、内側リングが−１８Ｄ周辺の場合、内側のリングが前述の汚れ等によるリング像である可能性があると判断される。そして、判定ステップ２において外側のリング像の有無が判定される。具体的には、外側のエッジ検出ポイントが１／３以上か否か（外側の円が全体の２／３以上欠けてないか否か）により外側のリング像の有無が判定される。

上記判定ステップ２において、外側のリングありと判定された場合、演算制御部７０は、外側のエッジ位置に基づいて最小二乗法等を用いて楕円を近似し、外側のリング像に対応するＳＣＡを算出する。ここで、演算制御部７０は、−１８Ｄに近い方のリング像を汚れ等によるリング像と判断し、他方のリング像を眼底反射光によるリング像と判断し、他方のリング像に対応する測定結果を表示する。よって、内側リングの方が−１８Ｄに近ければ、外側リングに対応する測定結果が出力され、外側リングの方が−１８Ｄに近ければ、内側リングに対応する測定結果が出力される。

なお、上記判定ステップ２において、外側のリングなしと判定された場合、リング像は眼底反射光によるリング像のみと判断され、瞬き判定ステップ３及び判定ステップ４を経て内側のリング像に基づく測定結果がモニタ７上に表示される。この場合、このリング像に対応する測定結果を表示する。

以上のような判定ステップにより、撮像素子２２上のリング像が眼底反射光によるリング像であるか対物レンズ１４の汚れによるリング像であるかの判別が可能となる。よって、測定光が汚れなどで反射し、本来検出すべきリング像以外の余分なリング像による誤検出を防ぐことができるため、測定窓に汚れ等がある場合においても被検眼の眼屈折力を確実に算出することが可能となる。

なお、演算制御部７０は、撮像素子２２上に２つのリング像があるか否かを判定し、２つのリング像があると判定された場合、対物レンズ１４に汚れ又は曇りによる異常がある旨を測定結果とともにモニタ７（またはプリンタ）上で報知してもよい。

判定ステップ３及び判定ステップ４について簡単に説明する。判定ステップ３（外側用）及び判定ステップ４（内側用）は、それぞれ瞬き（又は瞼）判定用のステップである。具体的には、判定ステップ２において、外側のエッジ検出ポイントが１／１２以上の場合、瞬きエラーと判定され、ＢＬＫエラーとしてモニタ７に表示される。一方、検出ポイントが１／１２より小さい場合、判定ステップ４に移行される。そして、内側のエッジ検出ポイントが１／２以上の場合、内側リングのＳＣＡが測定値とされ、モニタ７上に測定結果が表示される。また、エッジ検出ポイントが１／２より小さい場合、ＢＬＫエラーとし、モニタ７に表示される。

なお、上記判定処理において、判定ステップ２を判定ステップ１より先の順序に変更して、判定ステップ１の事前に外側リングの存在の有無とＳＣＡ算出を行ってもよい。また、判定ステップ２、判定ステップ４にて、受光素子２２に形成されたリングの有無を確認してエラー判定したが、事前に測定値を求めておいて、その後、信頼係数とともに、測定結果を出力してもかまわない。すなわち、測定結果算出後に、上記汚れ判定を行ってもよい。

なお、上記方法では、内側リングが−１８Ｄ周辺か否かで、判定をしていたが、外側リングを基準に同じ判定を行っていってもかまわない。

なお、上記第１実施例においては、リング像Ｓ１に対応する屈折度数を用いて眼底反射光によるリング像データと対物レンズ１４からの反射光によるリング像データを判別したが、これに限るものではなく、リング像Ｓ１に関連するリング像データが用いられるものであればよい。例えば、リング像Ｓ１に対応するリング径と、前述の各リング像のリング径とを比較することにより前述の判別が行われるようにしてもよい。

次に、第二の実施例について図５を用いて説明する。図５において、汚れや曇りなどによるリング像をＳ１、眼底からの反射によるリング像をＳ２とする。図５（ａ）は、測定窓に汚れや結露による曇りがある場合に被検眼を測定したときの図である。ここで、測定窓に汚れや結露による曇りがある場合において、検査窓２９の前方に被検眼や他の反射物が無い状態で、測定光源１１を点灯する。この場合、光源１１から出射された光は対物レンズ１４上の汚れ等で反射され、そのリング像が撮影素子２２に受光される（図５（ｂ）参照）。演算制御部７０は、受光素子２２からのリング像Ｓ１（図５（ｂ）参照）の画像データを予めメモリ７５に記憶しておく。次に、被検眼存在下で、測定を行う。ここで、２つのリングが検出された場合、演算制御部７０は、取得された画像データ（図５（ａ））からメモリ７５に記憶されたリング像（前方に被検眼や他の反射物が無い状態での取得されたリング像）（図５(ｂ)）に対応する輝度分布を取り除く。これにより、眼底反射光によるリング像データが特定されるため、残ったリング像（図５(ｃ)）に対応する測定結果を出力する。

なお、以上の説明においては、眼底反射光によるリングパターン像を取得する測定光学系を例にとって説明したが、これに限るものではなく、被検者眼の眼屈折力を求めるために、眼底に測定光を投光し，その眼底反射光を所定の指標パターン像として二次元撮像素子に撮像させる構成であれば、本発明の適用は可能である。例えば、被検者眼の波面収差を求めるために、被検眼眼底にスポット指標を投光し、その眼底反射光をシャックハルトマンセンサを用いて検出する測定光学系であってもよい。この場合、測定窓からの反射光によって二次元撮像素子上に形成され測定のノイズとなるシャックハルトマン像に関連する指標像データとして、ハルトマン像に対応する屈折度数、ハルトマン像の画像データ、ハルトマン像の各ドット像の間隔、等が用いられる。

本装置の光学系及び制御系の概略構成図である。 測定の際に眼屈折力測定光学系の撮像素子に撮像されたリング像を示す図である。 対物レンズに汚れ等がある場合のリング像を示す図である。 第１実施例について説明するフローチャートである。 第２実施例について説明するための図である。

７ モニタ
１０ 測定光学系
１０ａ 投影光学系
１０ｂ 受光光学系
２２ 二次元撮像素子
７０ 演算制御部
７５ メモリ

Claims (4)

1. 被検眼眼底に測定光を投光しその眼底反射光を所定の指標パターン像として取り出して二次元撮像素子に撮像させる測定光学系と、前記二次元撮像素子に撮像された指標パターン像に基づいて被検眼の眼屈折力を測定し，測定結果を出力する演算制御手段と、を備える眼屈折力測定装置において、
   前記測定光学系を構成する光学部材からの反射光によって形成され，測定のノイズとなる指標像データを予め記憶する記憶手段を備え、
   前記演算制御手段は、前記二次元撮像素子による撮像結果と前記記憶手段に記憶された前記指標像データとを用いて前記眼底反射光による指標像データを特定し、前記特定された指標像データに対応する測定結果を出力することを特徴とする眼屈折力測定装置。
2. 請求項１の眼屈折力測定装置において、
   前記演算制御手段は、前記二次元撮像素子による撮像結果と前記記憶手段に記憶された指標像データを用いて前記眼底反射光による指標像データと前記光学部材からの反射光による指標像データを判別し、その判別結果に基づいて前記眼底反射光による指標像データを特定することを特徴とする眼屈折力測定装置。
3. 請求項２の眼屈折力測定装置において、
   前記指標パターン像はリングパターン像であって、
   前記記憶手段は、前記指標像データとして、前記光学部材からの反射光によるリング像の径、又は該リング像に対応する屈折度数を記憶する記憶手段であって、
   前記演算制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記リング像の径又は前記屈折度数に近い方のリング像データを前記光学部材からの反射光によるリング像データとし、他方のリング像データを前記眼底反射光によるリング像データとして判別することを特徴とする眼屈折力測定装置。
4. 請求項３の眼屈折力測定装置において、
   前記演算制御手段は、さらに、前記二次元撮像素子上に２つのリング像があるか否かを判定し、２つのリング像があると判定された場合、前記測定窓に汚れ又は曇りによる異常がある旨を出力することを特徴とする眼屈折力測定装置。

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