JP2019025257A - 眼科測定装置、及び眼科測定システム - Google Patents

眼科測定装置、及び眼科測定システム Download PDF

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Abstract

【課題】眼瞼と投影手段との距離が変動しても正確に涙液メニスカスの曲率半径を測定できる眼科測定装置及び眼科測定システムを提供する。【解決手段】本発明に係る眼科測定装置、及び眼科測定システムは、眼瞼縁に溜まる涙液及び角結膜の表面に像を投影する投影部と、前記眼瞼縁に溜まる涙液及び前記角結膜の表面の画像を撮る撮像部と、前記眼瞼縁に溜まる涙液の物理量を求める演算部と、を備える。前記演算部は、前記画像から前記像が前記眼瞼縁に溜まる涙液に投影された第1映像の物理量d1を取得し、測距により得られた前記投影部と前記眼瞼縁に溜まる涙液の表面との距離W、前記像の物理量d、及び前記第1映像の物理量d1から前記眼瞼縁に溜まる涙液の表面の曲率半径rを演算する。【選択図】図1

Description

本発明は、眼科測定装置、及び眼科測定システムに関し、特に非接触で眼の状態を測定するものに関する。
近年、VDT(Visual Display Terminal)作業者及びコンタクトレンズ装用者の増加、冷暖房による部屋の乾燥等の環境要因によりドライアイ患者が増加している。さらに、スマートフォンを始めとするVDTの普及に伴い、ドライアイ患者はさらに増加することが予想される。ドライアイは、様々な要因による涙液及び角膜上皮の慢性疾患であり、眼不快感や視機能異常を伴うものである。ドライアイの適切な診断と治療のためには、眼の涙液の状態を正確に把握する必要がある。
涙液には、量と質の側面があり、いずれの異常もドライアイを引き起こす。これまで、臨床の現場において眼の涙液の量を評価するには、例えば濾紙を下眼瞼に挟み、濾紙に涙を染み込ませるシルマー試験が知られている。この方法によれば、染み込んだ涙により濾紙が濡れた長さを測定することにより、涙液の分泌量を測定することができる。また、眼の表面に貯留している涙液量を評価する方法としては、下眼瞼縁に溜まった涙液を染色し涙液メニスカス高(TMH:Tear Meniscus Height)を細隙灯顕微鏡により測定することなどが行われている。一方、涙液の質の評価法としては、涙液を染色し角膜の表面の涙液層が破壊するまでの時間を測定する涙液膜破壊時間(BUT:Tear Film Breakup Time)の測定が行われている。しかし、これらの濾紙や色素を用いる涙液の量や質の評価においては、眼に少なからず刺激が加わるため、ドライアイの直接原因となっている自然な眼の涙液の情報を評価しているとは言い難い。また、眼に刺激が加わることは、被測定者に対して苦痛を与えることもありうる。眼の表面に貯留した涙液量の減少は、ドライアイの最も重要な原因の1つとなるため、涙液貯留量を非侵襲的かつ定量的に評価できる方法が模索されている。
特許文献1によれば、下眼瞼縁に沿って涙液が溜まってできた涙液メニスカスを利用した涙液量測定を行う眼科測定装置が開示されている。この眼科測定装置では、下眼瞼に貯留した涙液表面に格子像を投影する。涙液表面に投影された格子像をカメラにより撮影し、撮影した格子像のピッチから下眼瞼に溜まる涙液メニスカスの曲率半径を演算する。涙液メニスカスの曲率半径と涙液量との間には相関関係があり、眼科測定装置によれば、非侵襲的に涙液メニスカスの曲率半径から涙液量を求めることができる。
特許第3896211号公報
しかし、特許文献1に開示された眼科測定装置は、涙液メニスカスの曲率半径を非接触で定量化できるものの、被写体となる下眼瞼と格子像を投影する投影手段との距離を一定に保つ必要がある。従って、特許文献1の眼科測定装置においては、被測定者は、頭を所定の位置に固定する必要があった。そのため、眼科測定装置には、顎を顎台に載せ、前額を設けられたバーに接触させる等の、頭の位置を固定する構造が必要となるという課題があった。また、頭の位置を固定する構造があっても、被測定者による個体差により、投影手段と下眼瞼との距離が変動するため、測定誤差が生じるという課題があった。
本発明は、上記の課題を解決するものであり、涙液メニスカスの曲率半径の測定中に被測定者の眼瞼と投影手段との距離が変動しても正確に涙液メニスカスの曲率半径を測定できる眼科測定装置及び眼科測定システムを提供することを目的とする。
本発明の眼科測定装置は、眼瞼縁に溜まる涙液及び角結膜の表面に像を投影する投影部と、前記眼瞼縁に溜まる涙液及び前記角結膜の表面の画像を撮る撮像部と、前記眼瞼縁に溜まる涙液の物理量を求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記画像から前記像が前記眼瞼縁に溜まる涙液に投影された第1映像の物理量d1を取得し、測距により得られた前記投影部と前記角結膜の表面との距離W、前記像の物理量d、及び前記第1映像の物理量d1から前記下眼瞼縁に溜まる涙液の表面の曲率半径rを演算する。
本発明の眼科測定システムは、インターネットを介して前記インターネットに接続されているコンピュータに情報を送信する送信部と、前記コンピュータからの情報を受信する受信部を更に備え、前記送信部は、前記画像を前記コンピュータに送信し、前記コンピュータは、当該コンピュータに蓄積された蓄積画像を基に分析されたドライアイの重症度の指標と前記送信部から送られた前記画像とを比較し、比較結果を前記受信部に送信する。
本発明によれば、眼科測定装置と下眼瞼と距離が変動しても正確に涙液メニスカスの曲率半径が測定できるため、被測定者の涙液量を正確に測定することができる。さらには、眼科測定装置と眼瞼と間の位置決めをする必要が無いため、例えばスマートフォン、ノートパソコン、ヘッドマウントディスプレイ等の汎用的な装置により涙液量測定が可能になる。さらには、被測定者がスマートフォンを使用している最中に涙液量測定ができ、VDT作業により目を酷使することにより発生するVisual Display Terminal(VDT)症候群等のドライアイを未然に防止するための情報収集も可能となる。
本発明の実施の形態1に係る眼科測定装置の測定状態を説明する模式図である。 図1の眼科測定装置と測定対象である眼との関係を説明する模式図である。 図2の眼を正面から見た図である。 図2の下眼瞼涙液量と下眼瞼涙液の表面の曲率半径との関係を説明した図である。 本発明の実施の形態1に係る眼科測定装置の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る第1映像及び第2映像の変形例を示す図である。 図6の第1映像の輝度分布を表した図である。 本発明の実施の形態1に係る眼科測定装置の変形例である眼科測定装置を示す斜視図である。 図8の眼科測定装置を用いて測定している状態を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る眼科測定装置と測定対象である眼との関係を説明する模式図である。 本発明の実施の形態3に係る眼科測定装置と測定対象である眼との関係を説明する模式図である。 図11の眼科測定装置にアタッチメントの変形例であるアタッチメントを取り付けた状態の図である。 図12のアタッチメントの平面図である。 図12の光拡散部のパターンを下眼瞼涙液に投影した状態の模式図である。 図12のアタッチメントの構造の一例を示す図である。 本発明の実施の形態4に係る眼科測定装置と測定対象である眼との関係を説明する模式図である。 本発明の実施の形態5に係る眼科測定装置により角結膜の表面に像を投影したときの角結膜の表面に映った画像を示す図である。 本発明の実施の形態6に係る眼科測定システムの概要図である。 本発明の実施の形態7に係る眼科測定装置の動作の一例を示すフロー図である。
以下に、本発明に係る眼科測定装置の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る眼科測定装置100の測定状態を説明する模式図である。図1に示されるように、眼科測定装置100は、例えば、スマートフォン等の携帯通信端末である。ただし、眼科測定装置100は、携帯通信端末にのみ限定されるものではなく、以下に説明する構成を有する、例えばパーソナルコンピュータ、又は眼科測定専用の機器であっても良い。実施の形態1において、眼科測定装置100は、被測定者が自らの手で測定対象である眼60に正対するように保持されるものである。
図2は、図1の眼科測定装置100と測定対象である眼60との関係を説明する模式図である。眼科測定装置100は、筐体1の一方の面に投影部10と撮像部20とが配置されている。投影部10は、例えば携帯通信端末に設けられている液晶表示画面等の画像表示機器である。また、撮像部20は、例えば携帯通信端末に設けられているカメラである。投影部10と撮像部20は、筐体1の同一面に並列に同じ方向を向いて配置されている。ただし、撮像部20の撮影光軸は、投影部10の向いている方向と交差する方向を向いていても良い。
投影部10は、画面に像を表示する。実施の形態1においては、液晶表示画面全体を白色に発光させる。つまり、像は、液晶表示画面の表示部の形状と同じ白色光を発する長方形である。眼科測定装置100を被測定者の眼60の前に位置させる。眼60は、眼球の表面に角結膜62がある。なお、眼球の黒目の部分の表面を角膜と呼び、白目の部分の表面を結膜と呼ぶ。以下、角膜及び結膜を総称して角結膜62と呼ぶ。また、眼球と下眼瞼63との接触部には涙液が溜まっており、この部分を下眼瞼涙液61と呼ぶ。下眼瞼涙液61は、涙液メニスカスを形成しており、表面が曲率を有する。なお、下眼瞼63は、本発明の「眼瞼」に相当し、下眼瞼涙液61は、本発明の「眼瞼縁に溜まる涙液」に相当するものである。
(測定)
図3は、図2の眼60を正面から見た図である。図3は、図2の矢印Pの方向から見た状態を示している。涙液は最表層より油層、水層、ムチン層からなっており、油層はマイボーム腺から分泌され、瞼を閉じるとき瞼で圧縮される。このとき涙液3は、図3に図示したように、眼60の下眼瞼63の縁に貯留する。そして、ドライアイ(かわき目)の検査は、この下眼瞼63の縁に溜まる下眼瞼涙液量と関連付けて行なわれ、下眼瞼涙液量が少ないほど、ドライアイは重症となる。
図4は、図2の下眼瞼涙液量Vと下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rとの関係を説明した図である。下眼瞼涙液量Vと下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rとの関係は、角結膜62及び下眼瞼63が曲面であるため、下眼瞼涙液量Vが増加すると曲率半径rも大きくなる。この関係が図4(a)、(b)に図示されており、下眼瞼涙液量Vが、V1からV2に増加すると、涙液表面の曲率半径もr1からr2に増大する。このときθ1、θ2は表面張力で決まる定数であり、ドライアイの重症度によって変化するが、rの変化に比較すると無視できるほどに小さい。本発明では、下眼瞼涙液61の表面(涙液メニスカス)の曲率半径rを測定することにより下眼瞼涙液量Vを検出する。
眼科測定装置100は、投影部10全体に均一の白色の像を表示させている。投影部10は、縦方向の寸法がdである。眼科測定装置100を眼60に正対させると、投影部10に表示された像が下眼瞼涙液61の表面及び角結膜62の表面に投影される。これを投影ステップと呼ぶ。像が下眼瞼涙液61の表面に投影されて映った映像を第1映像50と呼ぶ。また、像が角結膜62の表面に投影されて映った映像を第2映像51と呼ぶ。第1映像50は、縦方向の高さがd1となって下眼瞼涙液61の表面に映っている。第2映像51は、縦方向の高さがd2となって角結膜62の表面に映っている。なお、実施の形態1においては、像を角結膜62の表面に投影しているが、角膜と結膜の両方に像を投影する必要はなく、例えば角膜のみ、又は結膜のみに像を投影しても良い。
図3に示されるように、下眼瞼涙液の表面に形成される曲率半径rの凹面鏡から距離Wの距離にある物理量dの像は、物理量d1の第1映像50に変換される。このとき、曲率半径rは、r=(d1/d)×2Wで表される。
図1に示されるように、実施の形態1に係る眼科測定装置100は、例えば携帯通信端末である。被測定者は、眼科測定装置100を手に持ち、投影部10と撮像部20とを眼60に正対させて測定を行う。そのため、投影部10に表示された像から下眼瞼涙液61までの距離Wは、変動した値をとり、常に一定にすることができない。そこで、眼科測定装置100は、角結膜62に映った第2映像51の物理量d2である高さにより距離Wを求める。つまり、投影部10から像が角結膜62の表面に投影され角結膜62の表面に映った第2映像51を撮像部20により撮像する。この撮像部20により、下眼瞼涙液61及び角結膜62を撮像するステップを撮像ステップと呼ぶ。
撮像部20により取得された画像から、第2映像51の物理量d2である高さを得る。そして、予め第2映像51の物理量d2と距離Wとの関係を格納したルックアップテーブルから、求められた第2映像51の物理量d2に対応する距離Wの値を求めることができる。この距離Wを求めるステップを測距演算ステップと呼ぶ。測距演算ステップは、測距ステップに含まれる。なお、測距演算ステップにおいては、角結膜62の表面の第2映像51により距離が求められるが、この場合正確には投影部10から角結膜62表面までの距離W−W1が求められることになる。下眼瞼涙液61の表面から角結膜62の表面までの距離W1は、人により異なる。しかし、距離W1は、距離Wの距離に対し十分に小さいため、距離W1の違いは無視でき、投影部10から角結膜62表面までの距離W−W1を投影部10から下眼瞼涙液61までの距離Wと見なすことができる。そのため、ルックアップテーブルを人によって変更する必要はない。
測距演算ステップは、ルックアップテーブルから距離Wを求める方法に限定されず、角結膜62の表面を半径Rの凸面鏡として演算して求めても良い。投影部10から角結膜62の表面までの距離をWとし、角結膜62の半径をRとし、投影部10の像の物理量d、第2映像51の物理量をd2とすると、d2=dR/(R+2W)の関係になっている。ここから、W=(d−d2)R/2d2が導き出される。よって、半径Rは、一般的な人の角膜の曲率半径から算出し(例えば7.5mmなので7.5をRに代入し)、物理量dは、投影部10の高輝度部の寸法を代入し、物理量d2は、撮像部20により撮影された画像の輝度分布から求め、上記の式に代入して距離Wを求めても良い。
図5は、本発明の実施の形態1に係る眼科測定装置100の制御ブロック図である。
投影部10から下眼瞼涙液61までの距離Wの決定は、例えば以下のように行う。制御部70の演算部71は、撮像部20により得られた画像から第2映像51の物理量d2方向のピクセル数を求める。第2映像51の物理量d2に応じた距離Wの値は、ルックアップテーブルとして格納部72に格納されており、演算部71は、ルックアップテーブルから距離Wを求める。なお、実施の形態1において距離Wの値を求めるために第2映像51の物理量d2を用いたが、例えば第2映像51の幅を物理量d2として用いて距離Wの値を求めても良い。その場合は、ルックアップテーブルとして第2映像51の幅と距離Wとの関係を格納部72に格納しておく。
距離Wが決定すると、次に下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを求める。演算部71は、撮像部20により得られた画像から第1映像50の物理量d1である高さ方向のピクセル数を求める。第1映像50の物理量d1である高さ方向のピクセル数から、第1映像50の物理量d1である高さが求められる。このステップを第1映像解析ステップと呼ぶ。
撮像部20により得られた画像から求められた第1映像50の物理量d1、第2映像51から求められた距離W、及び投影部10の物理量dである高さ寸法を、r=(d1/d)×2Wに代入し、曲率半径rが求められる。このステップを曲率半径演算ステップと呼ぶ。
(投影部10に表示される像の変形例)
図6は、本発明の実施の形態1に係る第1映像50及び第2映像51の変形例を示す図である。上記の説明においては、投影部10に表示された像は、矩形の投影部10全体に均一の白色の像を表示させた場合の測定について説明したが、以下に、投影部10に白色と黒色とを交互に並べたパターンを表示させたとき測定について説明する。
変形例において、投影部10に表示される像は、高輝度部と低輝度部とを交互に繰り返して並べたパターンである。従って、第1映像50及び第2映像51も、高輝度部と低輝度部とが交互に繰り返されて映っている。このようなパターンの像を用いた場合、第1映像50の物理量及び第2映像51の物理量として、例えば高輝度部同士の間隔又は低輝度部同士の間隔を用いることができる。
図7は、図6の第1映像50の輝度分布を表した図である。撮像部20により撮影された画像から第1映像50を拡大すると、像の高輝度部に相当する部分は山となってあらわれ、像の低輝度部に相当する部分は谷となってあらわれる。山の部分の輝度が最大値となる頂点の位置と谷の部分の輝度が最低値となる頂点の位置をそれぞれ算出する。この輝度分布から高輝度部と低輝度部との頂点を特定するステップを輝度分布解析ステップと呼ぶ。
図7において、複数の頂点のうちから像の低輝度部に相当する部分の2つの頂点の位置を抽出する。その2つの頂点の間のピクセル数が画像から抽出され、第1映像50の2つの低輝度部の中心同士の間の距離として第1映像50の物理量d1とされる。この第1映像50の物理量d1を求めるステップを、第1映像物理量演算ステップと呼ぶ。得られた値は、第1映像50の物理量d1として曲率半径rを求める式に代入される。なお、上記において、像の低輝度部の中心同士の間隔を第1映像50の物理量d1として曲率半径rを求めたが、複数の頂点のうちから、像の高輝度部の中心同士の間隔を第1映像50の物理量d1としても良いし、像の高輝度部の中心と低輝度部の中心との間隔を第1映像50の物理量d1としても良い。
撮像部20により得られた下眼瞼涙液61及び角結膜62の画像の例が、図3に示されている。角結膜62の中央から垂線を下ろし、下眼瞼涙液61の表面に映る第1映像50と垂線とが交わる部分の長さをd1とする。また、角結膜62の表面に映る第2映像51において、垂直方向の長さをd2とする。このとき重要であるのが、眼科測定装置100がどの程度傾いているかを把握することである。眼科測定装置100には、姿勢検知部75が備えられている。姿勢検知部75は、例えば加速度センサまたはジャイロセンサであり、眼科測定装置が100が適正な方向を向いていない場合に傾斜を補正するように、例えば投影部10に表示をすることにより、眼科測定装置100が適正な向きで測定することを可能にする。
また、撮像部20により下眼瞼涙液61及び角結膜62の画像を得る場合、投影部10及び撮像部20が眼60に対し正対した位置にあるのが望ましい。よって、眼科測定装置100は、撮像部20により得られた画像中において眼60が適正な範囲に配置されるように被測定者に通知し、投影部10及び撮像部20を適正な位置に配置することができる。
図8は、本発明の実施の形態1に係る眼科測定装置100の変形例である眼科測定装置100aを示す斜視図である。図9は、図8の眼科測定装置100aを用いて測定している状態を示す図である。眼科測定装置100aは、撮像部20の周辺にアタッチメント80が取り付けられている。アタッチメント80は、例えばスマートフォンなどの携帯通信端末に後から取り付けられるものでも良いが、眼科測定装置本体と一体となって形成されていても良い。眼科測定装置100aは、撮像部20の側方に撮像部20が向いている方向に向かって突出している突起部81が設けてある。図9に示されているように、突起部81の先端は、被測定者の眼60の両脇の顔面に接触する。このような構造により、撮像部20は、眼60と正対すると共に、撮像部20と眼60との距離がある程度一定に保たれる。被測定者によって距離Wはある程度変動するが、突起部81が眼60の両脇に接触することにより、眼科測定装置100a全体が前後上下左右に変位しにくくなる。よって、眼科測定装置100aによる、距離Wの測定及び下眼瞼涙液61の曲率半径rの測定の精度が高まる。
また、突起部81は、図9に示されるように棒状に形成されるものに限定されず、眼60の周りを全周囲むように形成されていても良い。このとき突起部81は、眼60の周りを囲む様に筒状に形成される。このように構成されることにより、測定時に撮像部20は、眼60と正対すると共に、撮像部20と眼60との距離がある程度一定に保たれるだけではなく、外乱光が侵入することが無いため、測定の精度が向上する。
また、眼科測定装置100は、被測定者の頭部に固定され、頭部の眼60を含む領域を覆う筐体を有していても良い。このとき眼科測定装置100は、被測定者の頭部にゴーグルの様な形態で固定されている。
(実施の形態1の効果)
実施の形態1に係る眼科測定装置100、100aによれば、眼科測定装置100、100aと眼60との距離、詳しくは眼科測定装置100、100aと下眼瞼涙液61の表面との距離Wを固定することなく、下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを測定することが可能となる。また、被測定者が自ら眼科測定装置100、100aを手に保持した状態で下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを測定できるという利点がある。そして、例えばスマートフォン等の携帯通信端末等を眼科測定装置100、100aとして使用することができるため、スマートフォンの通常使用中に眼60の涙液の物理量を測定でき、ドライアイのセルフチェックが容易にできる。なお、実施の形態1及び以下の実施の形態において、下眼瞼涙液61の曲率半径を求めることによりドライアイの検査を行うが、原理的には下眼瞼涙液61の測定だけに限定されず、上眼瞼涙液に形成される涙液メニスカスの表面の曲率半径を測定してドライアイの検査を行うことも可能である。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る眼科測定装置200は、実施の形態1に係る眼科測定装置200に対し、投影部10を変更したものである。実施の形態2においては、実施の形態1に対する変更点を中心に説明する。
図10は、本発明の実施の形態2に係る眼科測定装置200と測定対象である眼60との関係を説明する模式図である。眼科測定装置100においては、投影部10は、例えば携帯通信端末の液晶表示画面であったが、眼科測定装置200においては、投影部10は、赤外線を発光するLED等の発光体である。また、撮像部20は、赤外線を撮像できるように構成されている。
実施の形態2において眼科測定装置200は、投影部10から赤外線を下眼瞼涙液61及び角結膜62に投影し、反射によりできた第1映像50の物理量d1及び第2映像51の物理量d2を実施の形態1と同様に演算部71で求め、下眼瞼涙液61の曲率半径rを測定する。投影部10に例えば赤外線LEDを使用した場合、一般に投影部10の発光面積が小さくなる。そのため、下眼瞼涙液61の表面の第1映像50も小さくなる。よって、実施の形態1の液晶表示画面による測定を組み合わせて曲率半径rの測定を行っても良い。
(実施の形態2の効果)
実施の形態2に係る眼科測定装置200によれば、投影部10から赤外線を下眼瞼涙液61及び角結膜62に投影するため、被測定者は投影による眩しさを感じることなく下眼瞼涙液61の曲率半径rの測定ができる。よって、人体の反射による涙液分泌が出にくく、下眼瞼涙液61の曲率半径rの測定精度が安定する。また、眼科測定装置200は、赤外線を用いて測定するため、投影部10以外からの外光の影響が少ないため、測定精度が安定する。さらに、眼科測定装置200として、例えば携帯通信端末を使用した場合、液晶表示を使用せずに測定することができるため、液晶表示をその他の表示に用いることができる。例えば、測定中に眼60と撮像部20との位置関係が適正か適正でないかを表示し、眼60と撮像部20との位置を適正に補正するように被測定者に促しても良い。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る眼科測定装置300は、実施の形態1に係る眼科測定装置100に対し、投影部10を変更したものである。実施の形態3においては、実施の形態1に対する変更点を中心に説明する。
図11は、本発明の実施の形態3に係る眼科測定装置300と測定対象である眼60との関係を説明する模式図である。眼科測定装置300は、撮像部20の周辺にアタッチメント30が取り付けられている。アタッチメント30は、例えばスマートフォンなどの携帯通信端末に後から取り付けられるものでも良いが、眼科測定装置本体と一体となって形成されていても良い。
アタッチメント30は、眼科測定装置300の本体に固定するための固定部34を有している。また、アタッチメント30は、眼科測定装置300の本体の撮像部20及び投影部10の前面に配置される拡散板31を備えている。拡散板31は、撮像部20の前面に開口32が設けられており、撮像部20の撮像を阻害しないように構成されている。また、拡散板31は、投影部10の前面に光拡散部33を備える。実施の形態3において、投影部10は、例えば撮影の際にフラッシュとして使用されるLED照明であり、光拡散部33によりLED照明の光を拡散し、所定の面積をもつ面光源とすることができる。光拡散部33は、表面に微細な凹凸を設ける等して光を拡散させても良い。
実施の形態3においては、光拡散部33の各部の寸法のいずれかを投影部10の物理量dとして実施の形態1と同様に下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを測定することができる。また、光拡散部33に光が透過しやすい部分と光が透過しにくい部分とを設け、実施の形態1と同様に像の高輝度部及び低輝度部のパターンを形成しても良い。
図12は、図11の眼科測定装置300にアタッチメント30の変形例であるアタッチメント30aを取り付けた状態の図である。図13は、図12のアタッチメント30aの平面図である。アタッチメント30aは、眼科測定装置300の発光部の前方に光拡散部33が配置されている。光拡散部33には、光透過部35が格子状に配置されている。光拡散部33に設けられた光透過部35は、発光部が光ると像の高輝度部になり、下眼瞼涙液61の表面及び角結膜62に投影される。よって、アタッチメント30aを用いても、光透過部35の各部の寸法のいずれかを投影部10の物理量dとして実施の形態1と同様に下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを測定することができる。
図14は、図12の光拡散部33のパターンを下眼瞼涙液61に投影した状態の模式図である。図12の光拡散部33のパターンが下眼瞼涙液61の表面に投影されると、下眼瞼63の縁に沿って格子状の光透過部35が映った映像が現れる。図13に示された状態においては、実施の形態1と同様に、眼60の上下方向に並んだ高輝度部の間隔又は低輝度部の間隔を第1映像50の物理量d1として下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを測定する。さらに、図14に示された状態においては、眼60の左右方向に並んだ高輝度部の間隔又は低輝度部の間隔を第1映像50の物理量d1Aとして、投影部10と下眼瞼涙液61の表面との距離Wを求める。物理量d1Aは、例えば図14におけるAで示される寸法であり、物理量d1は、例えば図14におけるBで示される寸法である。なお、投影部10の像のパターンは、格子状でなくとも良い。例えば、図3に示されるような矩形の像を下眼瞼涙液61に投影した場合は、下眼瞼涙液61の表面の第1映像50の眼60左右方向の輝度分布から第1映像50の幅を求め、物理量d1Aとすることもできる。また、図6に示されるように、矩形の高輝度部が上下方向に並んだ像であっても、同様に物理量d1Aを求めることができる。
距離Wは、撮像部20で撮像された画像から第2映像51を解析し、図14中のaと図13中のAとの関係から算出される。距離Wを変えたときのaとAとの関係は予め測定などによりルックアップテーブルとして格納部72に格納しておいても良い。なお、角結膜62の曲率半径Rは一般に約7.5mmであり、下眼瞼の曲率半径R2も角結膜62の曲率半径Rとほぼ同一である。よって、例えば曲率半径R=7.5mmの凸面鏡に図13の光透過部35のパターンを投影し、aとAとの関係を予め求め、ルックアップテーブルとすることができる。
また、実施の形態1と同様に、測距演算ステップは、ルックアップテーブルから距離Wを求める方法に限定されず、角結膜62の表面の曲率半径と涙液メニスカスの左右方向の表面の曲率半径はほぼ同じと考えることが出来ることから、同じ曲率半径を持つ凸面鏡として演算して求めても良い。投影部10から下眼瞼涙液61の表面までの距離をWとし、下眼瞼の曲率半径をR2とし、投影部10の像の物理量d、第1映像50の左右方向の物理量をd1Aとすると、d1A=dR2/(R2+2W)の関係になっている。ここから、W=(d−d1A)R2/2d1Aが導き出される。よって、半径R2は、一般的な人の角膜の曲率半径から算出し(例えば7.5mmなので7.5をR2に代入し)、物理量dは、投影部10の高輝度部の寸法を代入し、物理量d1Aは、撮像部20により撮影された画像の輝度分布から求め、上記の式に代入して距離Wを求めても良い。
図15は、図12のアタッチメント30aの構造の一例を示す図である。図12に示される拡散板31は、金属板36と光拡散部材37との2層により構成されていても良い。光拡散部材37は、発光部から出た光を受けて面光源となるように拡散させる素材により構成され、金属板36は、格子状に窓が形成されており、その窓部が光透過部35となるように構成されている。金属板36と光拡散部材37とは相対的にずらせるように構成されていても良く、例えば図13の寸法aに沿った方向にスライドさせて、下眼瞼涙液61の表面に投影される映像を眼60の上下方向に微調整することができる。
なお、図15においては、光拡散部材37に金属板36を重ねて光透過部35を構成したが、金属板36を使用せず、光拡散部材37の表面に塗料等を塗布し、光が透過しない部分を設けても良い。
(実施の形態3の効果)
実施の形態3に係る眼科測定装置300によれば、例えば携帯通信端末の液晶表示を使用することなく、カメラ撮影用の発光部を用いて下眼瞼涙液61及び角結膜62に像を投影することができる。従って、液晶表示に撮像部20で撮像された画像を表示させながら測定をすることができるため、第三者が被測定者の眼60の画像を確認しながら下眼瞼涙液61の曲率半径rの測定をすることができる。第三者により測定ができるため、眼科測定装置300の位置合わせや撮像部20によって撮像された画像のピント合わせが容易に可能となる。
また、眼科測定装置300によれば、格子状に並べられた高輝度部と低輝度部とのパターンにより構成された像により、下眼瞼涙液61の表面に映った映像を使用して投影部10から下眼瞼涙液61の表面までの距離Wを求めることができる。従って、下眼瞼涙液61の表面に映った映像のみから距離Wと下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rを求めることが可能である。
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係る眼科測定装置400は、実施の形態3に係る眼科測定装置300に対し、測距部40を追加したものである。実施の形態4においては、実施の形態3に対する変更点を中心に説明する。
図16は、本発明の実施の形態4に係る眼科測定装置400と測定対象である眼60との関係を説明する模式図である。眼科測定装置400は、実施の形態3と同様にアタッチメント30bが本体に取り付けられている。そして、アタッチメント30bの眼60を向いている側に測距部40が設けられている。測距部40は、例えば、超音波距離センサ、赤外線LED等の光源と受光素子とからなる三角測量方式による測距センサ、又はレーザー距離センサなどを用いることができる。または、測距部40は、2つのカメラから構成され三角測量を行うことにより距離Wを測定しても良い。
また、測距部40は、眼科測定装置400の本体に一体となって設けられていても良い。また、実施の形態1に係る眼科測定装置100又は実施の形態2に係る眼科測定装置200に追加して測距部40を設けても良い。
(実施の形態4の効果)
実施の形態4に係る眼科測定装置400によれば、角結膜62の表面に映る第2映像51の画像から距離Wを求める以外の方法により測距が可能となる。そのため、測距時に人の眼60の形状の個人差による影響を受けにくくなる。
実施の形態5.
本発明の実施の形態5に係る眼科測定装置500は、実施の形態1に係る眼科測定装置100を利用して、角結膜62の表面の涙液の状態を検知するものである。実施の形態5においては、実施の形態1に対する変更点を中心に説明する。
図17は、本発明の実施の形態5に係る眼科測定装置500により角結膜62の表面に像を投影したときの角結膜62の表面に映った画像を示す図である。眼科測定装置500は、投影部10の全域に白色の像を投影する。投影部10により角結膜62の表面に入射した光は、角結膜62の表面にある涙液の層のうち表面にある涙液油層の表面と涙液油層の裏面とで反射する。涙液油層の表面で反射した光と涙液油層の裏面で反射した光とは、互いに干渉する。干渉により第2映像51の白色の部分は、干渉縞64が発生する。
例えば、健常者の角結膜62の表面の涙液層は、干渉縞が認められず、第2映像51が灰色一色の干渉色(grade1又は2)を示す。ドライアイの角結膜62の表面の涙液層の場合、縞模様に多色の干渉色が認められる(glade3以上)場合がある。図17に示される干渉縞64に多色の干渉色がある場合は、その被測定者はドライアイ傾向を有する。
(実施の形態5の効果)
実施の形態5に係る眼科測定装置500によれば、角結膜62の表面の涙液層により発生する干渉縞を検知することができる。また、実施の形態1〜4に係る眼科測定装置100、100a、200、300、400により測定される下眼瞼涙液61の曲率半径rの測定結果と組み合わせて被測定者のドライアイの重症度をより正確に判断することが可能となる。例えば、下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rが小さく、角結膜62の表面に多色の干渉縞が認められる場合には、被測定者のドライアイの重症度が高い(ドライアイの可能性:レベルiii)。また、下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rが大きく、角結膜62の表面が灰色一色で干渉縞が認められない場合は、眼60の状態は正常である可能性が高い(ドライアイの可能性:レベルi)。また、角結膜62の表面に干渉縞が認められず、下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rが小さい場合は、ドライアイの重症度は中程度である可能性がある(ドライアイの可能性:レベルii)。また、角結膜62の表面に干渉縞が認められ、下眼瞼涙液61の表面の曲率半径rが大きい場合も、ドライアイの重症度は中程度である可能性がある(ドライアイの可能性:レベルii)。
眼科測定装置500は、上記のドライアイの可能性の判定結果を、例えば投影部10に表示して被測定者に知らせても良い。また、眼科測定装置500は、干渉縞を判定するアルゴリズムを備えていても良い。または、眼科測定装置500は、撮像部20により得られた画像を送信部によりネットワークに送信し、判定された結果を受信部で受け取り、ドライアイの可能性の判定結果を、例えば投影部10に表示して被測定者に知らせても良い。
実施の形態6.
本発明の実施の形態6においては、実施の形態1〜5に係る眼科測定装置100、100a、200、300、400、500から得られた涙液画像データをネットワークを介して解析する眼科測定システム600について説明する。
図18は、本発明の実施の形態6に係る眼科測定システム600の概要図である。実施の形態1〜5に係る眼科測定装置100、100a、200、300、400、500は、撮像部20により眼60の画像を撮像し、画像データを送信部73からインターネットを介して管理サーバー90に送信される。管理サーバー90には、眼60の画像データ、下眼瞼涙液61の解析結果、及び角結膜62の表面の涙液層の干渉縞64の解析結果が蓄積されている。眼科測定装置100、100a、200、300、400、500から送信された眼60の画像データは、蓄積されたデータと比較して解析され、眼60の健康状態の指標が算出される。比較結果は、インターネットを介して眼科測定装置100、100a、200、300、400、500の受信部74に送信される。
(実施の形態6の効果)
管理サーバー90に蓄積された蓄積画像データ及び解析結果と共に、被測定者の眼60の乾燥感や痛みなどの自覚症状のデータを蓄積することにより、画像データ及び解析結果と自覚症状との相関関係を把握することもできる。管理サーバー90においては、例えば人工知能や深層学習を利用した解析により、画像データの解析をより精度高く行うことが可能となる。
実施の形態7.
本発明の実施の形態7においては、眼60の涙液の状態及び被測定者から得られた情報に基づき、被測定者の健康状態の把握と健康状態の改善のための提案をする眼科測定装置700について説明する。
図19は、本発明の実施の形態7に係る眼科測定装置700の動作の一例を示すフロー図である。眼科測定装置700は、被測定者が使用するスマートフォン等の携帯通信端末、パソコン等であり、VDT作業に用いられるものである。眼科測定装置700は、被測定者及び被測定者の周囲の環境について測定し、測定結果に応じ被測定者に健康状態を通知し、又は健康状態改善行動を促すものである。
また、眼科測定装置700は、図5に示される構成を備えているが、この構成に限定されるものではない。眼科測定装置700の各部は、必要に応じ眼科測定装置700の外部に備えられていても良く、一部が無い構成であっても良い。
眼科測定装置700は、姿勢検知部75により眼科測定装置700の動きを検知する。演算部71は、姿勢検知部75にで得られた眼科測定装置700の動きのデータを取得する。眼科測定装置700の動きのデータは、例えば時間経過と眼科測定装置700の動きとの関係を表すデータである。姿勢検知部75は、例えば加速度センサ、ジャイロセンサ、又はGPSであり、これらを組み合わせて用いても良い。この測定を測定Aと呼ぶ。
眼科測定装置700は、被測定者により使用されている時間を測定する。例えば、被測定者により画面のタッチパネル操作及び入力装置を操作されている時間を記録する。または、撮像部20により被測定者の眼60の動きを検知し、被測定者が眼科測定装置700の表示画面を凝視している時間を記録する。この測定を測定Bと呼ぶ。
眼科測定装置700は、被測定者の瞬目回数を測定する。撮像部20により被測定者の眼60を撮像し、所定の時間内に瞬目を何回したかを測定するものである。瞬目回数は、ドライアイの重症度の把握及び眼精疲労の把握に重要な指標である。この測定を測定Cと呼ぶ。
眼科測定装置700は、被測定者の一点凝視時間を測定する。撮像部20により被測定者の眼60を撮像し、視線の動きを追跡する。被測定者が1箇所を凝視する時間が長くなれば眼精疲労が大きくなる。この測定を測定Dと呼ぶ。
眼科測定装置700は、温度及び湿度を測定するセンサ76により周囲の環境の温度及び湿度を測定する。乾燥した環境では涙液が蒸発しやすく、被測定者はドライアイになりやすい。この測定を測定Eと呼ぶ。
(測定の一例)
図19に示されるように、眼科測定装置700は、上記の測定A〜Eを行う。測定A〜Eの結果に応じて、実施の形態1〜6で説明した下眼瞼涙液61の測定を行う。なお、測定A〜Eを実施中に被測定者が眼科測定装置700の使用を中止した場合は、測定を注ししても良い。下眼瞼涙液61の測定結果から演算部71は、眼60の涙液状態の良否を判定する。眼60の涙液状態の結果が良好である場合は、再度測定A〜Eを行うステップに戻る。眼60の涙液状態の結果が悪い場合は、その結果を被測定者に通知、又は結果通知と共に被測定者に眼60の状態を改善させるための行動を促す通知を行う。眼科測定装置700は、測定A〜Cを行い、被測定者が眼60の状態を改善させるための行動を行っているか否かを検知する。例えば、通知を行った後も眼科測定装置700の動きが無く、眼科測定装置700の使用が継続され、被測定者の瞬目回数も減少していない場合は、更に被測定者に通知を行う。被測定者が眼60の状態を改善させるための行動を行っているのを検知できた場合は、眼科測定装置700は、被測定者の実施の形態1〜6で説明した下眼瞼涙液61の測定を行う。測定結果は、被測定者に通知される。その後、眼科測定装置700は、最初の測定A〜Eを行う状態に戻る。測定A〜Eを行っている最中に被測定者が眼科測定装置700の使用を中断した場合は、測定も終了する。
1 筐体、3 涙液、10 投影部、20 撮像部、30 アタッチメント、30a アタッチメント、30b アタッチメント、31 拡散板、32 開口、33 光拡散部、34 固定部、35 光透過部、36 金属板、37 光拡散部材、40 測距部、50 第1映像、51 第2映像、60 眼、61 下眼瞼涙液、62 角結膜、63 下眼瞼、64 干渉縞、70 制御部、71 演算部、72 格納部、73 送信部、74 受信部、75 姿勢検知部、76 センサ、80 アタッチメント、81 突起部、90 管理サーバー、100 眼科測定装置、100a 眼科測定装置、200 眼科測定装置、300 眼科測定装置、400 眼科測定装置、500 眼科測定装置、600 眼科測定システム、700 眼科測定装置、A 測定、B 測定、C 測定、D 測定、E 測定、P 矢印、R 曲率半径、R2 曲率半径、V 下眼瞼涙液量、W 距離、W1 距離、a 寸法、d 物理量、d1 物理量、d1A 物理量、d2 物理量、i レベル、ii レベル、iii レベル、r 曲率半径。

Claims (18)

  1. 眼瞼縁に溜まる涙液及び角結膜の表面に像を投影する投影部と、
    前記眼瞼縁に溜まる涙液及び前記角結膜の表面の画像を撮る撮像部と、
    前記眼瞼縁に溜まる涙液の物理量を求める演算部と、を備え、
    前記演算部は、
    前記画像から前記像が前記眼瞼縁に溜まる涙液に投影された第1映像の物理量d1を取得し、
    測距により得られた前記投影部と前記眼瞼縁に溜まる涙液の表面との距離W、前記像の物理量d、及び前記第1映像の物理量d1から前記眼瞼縁に溜まる涙液の表面の曲率半径rを演算する、眼科測定装置。
  2. 前記像は、
    高輝度部と、前記高輝度部に対し輝度の低い低輝度部と、を有するパターンにより構成される、請求項1に記載の眼科測定装置。
  3. 前記演算部は、
    前記画像から、前記像が前記角結膜の表面に投影された第2映像の物理量d2を取得し、前記像の物理量dと前記第2映像の物理量d2とから前記距離Wを演算し前記測距を行う、請求項1又は2に記載の眼科測定装置。
  4. 前記演算部は、
    前記画像の前記第1映像の輝度分布から前記像の前記高輝度部に相当する部分の輝度が最大値となる頂点と前記像の前記低輝度部に相当する部分の輝度が最低値となる頂点とを特定し、複数の前記頂点のうち少なくとも2つの前記頂点の間隔から前記物理量d1を求め、前記物理量d1から前記眼瞼縁に溜まる涙液の表面の曲率半径rを求める、請求項2に記載の眼科測定装置。
  5. 前記演算部は、
    前記第1映像の眼の左右方向の輝度分布から前記第1映像の左右方向の物理量d1Aを求め、前記物理量d1Aと前記像の物理量dとから前記距離Wを演算し、
    前記第1映像の眼の上下方向の輝度分布から前記第1映像の上下方向の物理量d1を求める、請求項1又は2に記載の眼科測定装置。
  6. 前記パターンは、
    前記高輝度部と前記低輝度部とを交互に並べて格子状に構成され、
    前記演算部は、
    前記画像の前記第1映像の輝度分布から前記像の前記高輝度部に相当する部分の輝度が最大値となる頂点と前記像の前記低輝度部に相当する部分の輝度が最低値となる頂点とを特定し、
    複数の前記頂点のうち少なくとも眼の左右方向に並ぶ2つの前記頂点の間隔から前記第1映像の左右方向の物理量d1Aを求め、前記物理量d1Aと前記像の前記パターンから求めた前記像の物理量dとから前記距離Wを演算し、
    複数の前記頂点のうち少なくとも眼の上下方向に並ぶ2つの前記頂点の間隔から前記第1映像の上下方向の物理量d1を求め、前記像の前記パターンから前記像の物理量dを求める、請求項2に記載の眼科測定装置。
  7. 前記投影部は、
    発光体と、光が透過しやすい部分と光が透過しにくい部分とが設けられた拡散板と、を備え、
    前記像の前記高輝度部及び前記低輝度部は、
    前記拡散板を透過する前記発光体の光により形成される、請求項2〜6の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  8. 前記発光体は、
    赤外線を発する、請求項7に記載の眼科測定装置。
  9. 前記投影部は、
    前記像が表示された画像表示機器である、請求項1〜6の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  10. 前記撮像部は、
    前記像が前記眼瞼縁に溜まる涙液に投影された第1映像及び前記像が前記角結膜の表面に投影された第2映像の少なくとも一方が前記画像の所定の範囲内に配置されるように、前記眼瞼縁に溜まる涙液及び前記角結膜の表面を撮像する、請求項1〜9の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  11. 前記演算部は、
    前記像が前記角結膜の表面に投影された第2映像の形状から前記投影部の向きが適正であるか否かを判定する、請求項1〜10の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  12. 前記投影部は、
    白色の前記像を投影し、
    前記演算部は、
    前記像が前記角結膜の表面の涙液に反射してできる干渉縞を前記像が前記角結膜の表面に投影された第2映像から特定し、
    前記干渉縞からドライアイの重症度を判定する、請求項1〜11の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  13. 前記演算部は、
    前記干渉縞と前記眼瞼縁に溜まる涙液の表面の曲率半径rとからドライアイの重症度を判定する、請求項12に記載の眼科測定装置。
  14. 前記投影部、前記撮像部、及び前記演算部は、筐体に設けられ、
    前記筐体は、
    頭部に固定され、前記頭部の目を含む領域を覆う、請求項1〜13の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  15. 前記投影部、前記撮像部、及び前記演算部は、筐体に設けられ、
    前記筐体から前記撮像部が向いている方向に突出する突起部を備え、
    前記突起部は、
    先端が顔面の一部に接触し、前記撮像部を前記角結膜の表面の前方に位置決めする、請求項1〜13の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  16. 前記投影部の傾斜を検知する姿勢検知部を更に備え、
    前記演算部は、
    前記姿勢検知部から前記投影部の傾斜を取得し、前記投影部の向きが適正であるか否かを判定する、請求項1〜15の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  17. 前記距離Wを測定する測距部を更に備え、
    前記演算部は、
    前記測距部から前記距離Wを取得する、請求項1〜16の何れか1項に記載の眼科測定装置。
  18. 請求項1〜17の何れか1項に記載された眼科測定装置は、
    インターネットを介して前記インターネットに接続されているコンピュータに情報を送信する送信部と、
    前記コンピュータからの情報を受信する受信部を更に備え、
    前記送信部は、
    前記画像を前記コンピュータに送信し、
    前記コンピュータは、
    当該コンピュータに蓄積された蓄積画像を基に分析されたドライアイの重症度の指標と前記送信部から送られた前記画像とを比較し、比較結果を前記受信部に送信する、眼科測定システム。
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