JP2707249B2 - 角膜形状測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、眼科において使用し、角膜表面の曲率半径
を測定する角膜形状測定装置に関するものである。 ［従来の技術］ 従来の角膜形状測定装置としては、被検眼上に視標を
投影しその角膜反射像の大きさを光学的に手動により測
定する所謂オフサルモメータ、ケラトメータと呼ばれて
いるものが広く知られている。また、自動的に角膜形状
を測定するものとしては、本出願人による特開昭58−73
335号、特開昭58−54927号公報が知られている。 しかしながら、これらの自動測定器には円環状の指標
を角膜に投影し、その形状を解析するために、（１）複
数の一次元位置検出素子を厳密に調整して配置する、
（２）円環状の指標を照明するための円環状の特殊な光
源を必要とする、（３）測定光学系と別個又は途中から
光路分割した観察光学系を必要とする、（４）測定専用
の複数個の位置検出素子とその駆動回路を必要とする、
という主にコスト面で不利な点を有している。 ［発明の目的］ 本発明の目的は、複数の素子を設けて相互位置調整や
個別の駆動回路の配設等を行ったり、特殊な光源を用い
たりするような複雑な構成を必要としない容易な構成で
ありながら、高精度な角膜形状測定が可能であり、同時
に観察系を別設することなく広い視野での撮像を実行す
ることも可能な操作性の良い角膜形状測定装置を提供す
ることにある。 ［発明の概要］ 上述の目的を達成するため本発明の要旨は、対物部の
周囲に配置した３個以上のスポット指標を被検眼の角膜
に投影する指標投影手段と、被検眼の前眼部を撮像可能
でありかつ撮像した画像を前眼部観察に使用可能な撮像
系と、角膜形状測定時に該撮像系の構成を変更して観察
時よりも高い倍率で撮像した画像のテレビ信号出力をデ
ジタル変換する信号変換手段と、該信号変換手段により
デジタル変換したテレビ信号を記憶する記憶手段と、該
記憶手段に記憶したテレビ信号の内の複数の走査線に対
応するデジタル信号から前記指標の角膜反射像の画像信
号の重心位置をそれぞれ算出して角膜形状測定を行う演
算手段とを有することを特徴とする角膜形状測定装置で
ある。 ［発明の実施例］ 第１図は後述する実施例を説明するための前提となる
例を示し、被検眼Ｅの角膜Ecに対向して対物レンズ１が
配置され、この対物レンズ１の後部には絞り２、撮像素
子３が設けられている。対物レンズ１の周囲には、第２
図に示すように直交する２径線上にLEDや白熱電球から
成る光源4a〜4dが配置され、これらの各光源4a〜4dと被
検眼Ｅの角膜Ecの間には、それぞれ点状開口を有する指
標5a〜5dが挿入されている。 指標5a〜5dは光源4a〜4dにより照明されて、被検眼Ｅ
の角膜Ec上に点状光スポットを投影する。4A〜4Dはこの
光スポットの角膜Ecによる反射像であり、これらの像4A
〜4Dを対物レンズ１によって絞り２を通過して撮像素子
３上に結像する。 また、この装置全体は可動部分の上に配置され、検者
により被検眼Ｅとの位置合わせを行う。また、絞り２
は、特開昭61−249432号に開示されるように装置と被検
眼Ｅとの距離の変化に伴う角膜反射像4A〜4Dの大きさの
変化を補正して、撮像素子３上での角膜反射像の像の大
きさが不変となるような方向の主光線、及びこの主光線
を中心とした光束のみを特定して透過させる位置に配置
されている。 第３図は信号処理系のブロック回路図を示し、撮像素
子３の出力は駆動回路10に接続され、駆動回路10の出力
はA/D変換器11、メモリコトローラ12を経てメモリ13に
接続されている。また、MPU14の出力はA/D変換器11、メ
モリコトローラ12、メモリ13に接続されている。 撮像素子３の出力は駆動回路10によりNTSC、CCIR等の
信号とされ、駆動回路10の出力はMPU14の指令によりA/D
変換器11に入力されてデジタル信号を変換され、メモリ
コントローラ12の指示によりメモリ13の所定番地に格納
される。 第４図は或る水平走査線Ｎ、Ｎ＋１に対応するA/D変
換されたデータの状態を模式的に表したものであり、角
膜反射像4A〜4Dに対応した出力が得られる。そこで、公
知の信号処理手段により、反射像4A〜4Dの像に対応した
その出力の中心座標（x1,y1）〜（x4,y4）を計算により
求めることができる。 一方、４個の角膜反射像4A〜4Dの座標から角膜Ecの曲
率を求めるには、次のような考えに従えばよい。一般
に、人間の角膜Ecはトーリック面であると仮定されてい
るので、指標5a〜5dが光軸から等距離にあると考える
と、その反射像4A〜4Dは第５図に示すような角膜曲率半
径に比例した大きさの楕円上に存在することになる。 いま、楕円の長径を2a、短径を2b、楕円中心（x0,y
0）を原点としたときの座標と、それに対応する経線方
向を（x1,y1）〜（x4,y4）、θ_１〜θ_４、楕円の長径方
向の角度をθ_０とすると x1＝ａ・cos（θ_１＋θ_０） y1＝ｂ・sin（θ_１＋θ_０） x2＝ａ・cos（θ_２＋θ_０） y2＝ｂ・sin（θ_２＋θ_０） x3＝ａ・cos（θ_３＋θ_０） y3＝ｂ・sin（θ_３＋θ_０） x4＝ａ・cos（θ_４＋θ_０） y4＝ｂ・sin（θ_４＋θ_０） …（１） なる関係で表される。 また、第５図及び前述の説明のように、θ_２＝θ_１＋
90゜、θ_３＝θ_１＋180゜、θ_４＝θ_１−90゜なる関係
があるので、（１）式は、 x1＝ａ・cos（θ_１＋θ_０） y1＝ｂ・sin（θ_１＋θ_０） x2＝−ａ・sin（θ_１＋θ_０） y2＝ｂ・cos（θ_１＋θ_０） x3＝−ａ・cos（θ_１＋θ_０） ＝−x1、y3＝−ｂ・sin（θ_１＋θ_０） ＝−y1 x4＝ａ・sin（θ_１＋θ_０）＝−x2 y4＝−ｂ・cos（θ_１＋θ_０）＝−y2 …（２） と表される。 ここで、画像信号処理により得られた４点の重心座標
（Ｘθ₁,Yθ_１）、〜（Ｘθ₄,Yθ_４）と（x1,y1）〜（x
4,y4）との関係は楕円の中心（x0,y0）への平行移動で
あるから、 x1＝Ｘθ_１−x0、y1＝Ｙθ_１−y0 x2＝Ｘθ_２−x0、y2＝Ｙθ_２−y0 x3＝Ｘθ_３−x0、y3＝Ｙθ_３−y0 x4＝Ｘθ_４−x0、y4＝Ｙθ_４−y0 …（３） となる。 ここで（２）式を用いると、画像信号から得られた座
標と楕円原点座標の関係は x0＝（Ｘθ_３＋Ｘθ_１）/2＝（Ｘθ_４−Ｘθ_２）/2 y0＝（Ｙθ_３＋Ｙθ_１）/2＝（Ｙθ_４−Ｙθ_２）/2 …（４） 画像信号から得られた座標（Ｘθ₁,Yθ_１）、〜（Ｘ
θ₄,Yθ_４）から、（４）式により楕円中心（x0,y0）、
及び（３）式によりこの楕円中心（x0,y0）を原点とし
た各点の座標（x1,y1）〜（x4,y4）が求められる。 次に、角膜形状を求める方法を説明する。得られた
（x1,y1）〜（x4,y4）の座標を原点（x0,y0）を中心に
θ_１だけ回転し、得られた新たなる座標をそれぞれの大
文字で表すと、 X1＝ａ・cosθ_０ ＝x1・cosθ_１−y1・sinθ_１＝−X3 Y1＝ｂ・sinθ_０ ＝x1・sinθ_１＋y1・cosθ_１＝−Y3 X2＝−ａ・sinθ_０ ＝x2・cosθ_１＋y2・sinθ_１＝−X4 Y2＝ｂ・cosθ_０ ＝x2・sinθ_１＋y2・cosθ_１＝−Y4 …（５） となる。 そこで、（X1,Y1）、（X2,Y2）からａ、ｂ、θ_０を求
めるには、 ａ＝［（X1＋Y2）＋｛（X1−Y2）^２＋4X2・Y1｝^1/2］/2 ｂ＝［（X1＋Y2）−｛（X1−Y2）^２＋4X2・Y1｝^1/2］/2 tanθ_０＝（ｂ−Y2）/X2 …（６） なる方程式を解けばよい。同様に（X3,Y3）、（X4,Y4）
の組でも解ける。ここで、（６）式を求めるのに必要な
条件を考える。座標（Ｘθ₁,Yθ_１）について注目する
と、（４）式により（Ｘθ₃,Yθ_３）が、（５）式によ
り（x2,y2）つまり（Ｘθ₂,Yθ_２）が必要となり、
（６）式を解くには少なくとも３点の座標が必要なこと
が判る。 このａ、ｂから被検眼Ｅの角膜Ecの最強、最弱の両主
径線上での曲率半径RL、RSへの変換は、対物レンズ１に
よる撮像素子３への投影倍率と、指標5a〜5bの光軸から
の距離により簡単に行える。 また、通常の撮像素子の撮像範囲は長方形であるか
ら、角度θ_１〜θ_４はθ_１＝45゜、θ_２＝135゜、θ_３
＝−135゜、θ_４＝−45゜とすることにより、より広い
範囲の曲率半径の測定が可能となる。求めるべき変形に
対して方程式の数が多いので、上述のうちの任意の式に
より曲率半径RL、RSを算出し、他の式により検証して楕
円からのずれを表示することができる。 第６図は本発明の実施例を示し、前述した例を変形
し、対物レンズ１と撮像素子３との間の絞り２が除去さ
れ、光軸方向に移動する凹レンズ６と固定の凸レンズ７
が挿入されている。 本発明の実施例においては、被検眼Ｅ及び角膜反射像
4A〜4Dを２変倍で撮像素子３に結像する。そこで、被検
眼Ｅと装置の位置合わせをする時には、凹レンズ６を点
線の位置において倍率を低くして広い視野で観察し、測
定時には凹レンズ６を実線の位置に移動して拡大観察に
切換えて分解能を上げた測定ができる。また、凹レンズ
６の後方にコンペンセータレンズを入れたズームタイプ
の光学径としてもよい。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る角膜形状測定装置に
よれば、３個以上のスポット指標の角膜反射像のデジタ
ル画像信号の重心位置検出による角膜形状測定を、高倍
率で撮像した画像を基に実行できるので、簡易な構成で
かつ重心位置検出の精度が向上し、角膜形状の測定精度
を向上でき、同時に低倍率つまり広い視野で撮像を実行
することも可能となり、操作性も向上する。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明に係る角膜形状測定装置の実施例を示し、
第１図は実施例を説明するための前提となる例の構成
図、第２図は光源の配置説明図、第３図はブロック回路
構成図、第４図は信号の模式図、第５図は測定原理の説
明図、第６図は実施例の構成図である。 符号１は対物レンズ、２は絞り、３は撮像素子、4a〜4d
は光源、5a〜5dは指標、６は凹レンズ、７は凸レンズ、
10は撮像素子駆動回路、11はA/D変換器、12はメモリア
ドレスコントローラ、13はメモリ、14はCPUである。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．対物部の周囲に配置した３個以上のスポット指標を
   被検眼の角膜に投影する指標投影手段と、被検眼の前眼
   部を撮像可能でありかつ撮像した画像を前眼部観察に使
   用可能な撮像系と、角膜形状測定時に該撮像系の構成を
   変更して観察時よりも高い倍率で撮像した画像のテレビ
   信号出力をデジタル変換する信号変換手段と、該信号変
   換手段によりデジタル変換したテレビ信号を記憶する記
   憶手段と、該記憶手段に記憶したテレビ信号の内の複数
   の走査線に対応するデジタル信号から前記指標の角膜反
   射像の画像信号の重心位置をそれぞれ算出して角膜形状
   測定を行う演算手段とを有することを特徴とする角膜形
   状測定装置。 ２．前記撮像系の構成の変更は光学素子を移動すること
   により行う特許請求の範囲第１項に記載の角膜形状測定
   装置。 ３．前記指標は１組の直交する２径線上の撮像系の光軸
   を中心とした所定半径の円周上に、４個の開口を持つよ
   うにした特許請求の範囲第１項に記載の角膜形状測定装
   置。 ４．前記撮像系は２個以上の異なった倍率で角膜反射像
   を１つの撮像素子上に投影するようにした特許請求の範
   囲第１項に記載の角膜形状測定装置。