JP3270751B2

JP3270751B2 - 屈折光学系の屈折特性測定システム及び装置

Info

Publication number: JP3270751B2
Application number: JP2000011187A
Authority: JP
Inventors: エー．ルースデイビッド; サバーンズマシュー
Original assignee: ライカマイクロシステムズインク．
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: EP1021984A3; EP1021984A2; JP2000232960A; US6042232A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には眼科学
の分野に関し、より詳細には、屈折光学系の屈折特性を
測定するための自動式オプトメータおよびレンズメータ
の分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】眼の屈折特性を対物的に測定するための
自動屈折計およびレンズの屈折特性を測定するための自
動レンズ計は、測定すべき特定の屈折光学系へビーム光
を照射し、屈折によるビームへの影響を検出することに
より作動することが知られている。対物レンズオプトメ
ータとも称される対物レンズ屈折計の場合、眼球への照
明光路を画定する光源および複数の光学要素と、眼球か
ら検出器への検出光路を画定する複数の整合した光学的
要素とを設け、網膜に形成される光源の像のすべてまた
は一部を、検出器へのレトロ（再帰）反射によって検出
することが知られている。眼球による網膜に対する異な
る位置で光源を合焦させるよう、ある範囲の位置にわた
ってオプトメータのうちの光学的要素の所定要素を移動
させ、よって網膜で最良の合焦状態が生じるオプトメー
タ位置を発見できるように、照明ビームの輻輳（ないし
収束性ｖｅｒｇｅｎｃｅ）を変える。当業者であれば
理解できるように、これら光学的要素はバダール（Ｂａ
ｄａｌ）系を構成する。照明ビームの輻輳（収束）の度
合はジオプトリ（ジオプター）という用語で表現され
る。このように、球面屈折誤差量が測定される。照明光
路および検出光路を中心として、逆の度を有する円柱レ
ンズの対を回転することにより、シリンドリカル屈折誤
差量およびその回転角方向の配向または軸線を決定する
ために、同様な「最良合焦」方法が続けて行われる。

【０００３】これまで自動対物レンズオプトメータ（ｏ
ｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｍｅｔｅｒ）は一般に測定を
反復する原理に依存してきたので、同じ眼に関し、測定
装置の測定サイクルを何度も繰り返すことにより、最大
検出信号が受信されるオプトメータ位置を記録し、オプ
トメータの最良の合焦位置が得られる１つの総合値に達
するよう、測定結果の統計的な評価を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような方法はかな
り複雑であり、フルレンジのオプトメータ位置にわたっ
て利用できる信号情報およびオプトメータ位置の予想さ
れる挙動を無視していた。更に、検出器の要素（ピクセ
ル）の個々の感度に起因する変調ノイズは測定値に影響
する要因となり続けている。

【０００５】従って、本発明の主たる課題は屈折光学系
の屈折特性、例えば眼の屈折特性を測定するのに使用す
るためのこのような方法を使用する、改良された評価な
いし測定方法および装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点にお
ける屈折光学系の屈折特性を測定するためのシステム
は、Ａ）光源からの光線により前記屈折光学系を照明し、前
記屈折光学系の像平面における光の強度分布を変えるよ
う、ある範囲にわたって前記光線の輻輳を徐々に変える
手段と、Ｂ）前記像平面における光の、前記変化する強度分布を
示す信号情報を発生するよう、前記屈折光学系によって
形成される前記光源の像を検出する手段と、Ｃ）複数のデータポイントを提供するよう、前記光線の
輻輳の変化する度合いに対応する、検出された強度信号
情報を抽出する手段と、Ｄ）誘導関数に前記複数のデータポイントをはめ込むこ
とにより、前記屈折光学系の前記屈折特性を評価する手
段と、Ｅ）前記屈折特性をレポートする手段とを、含むことを
特徴とする。

【０００７】本発明の第２の視点における屈折光学系の
屈折特性を測定するためのシステムは、Ａ）光源からの、非ゼロシリンダ成分を有する光線によ
り、前記屈折光学系を照明する手段と、Ｂ）前記屈折光学系の像平面における光の強度分布を変
えるよう、ある範囲にわたって前記シリンダ成分の回転
角方向の配置を徐々に変える手段と、Ｃ）前記像平面における光の、前記変化する強度分布を
示す信号情報を発生するよう、前記屈折光学系によって
形成される前記光源の像を検出する手段と、Ｄ）複数のデータポイントを発生するよう、前記シリン
ダ成分の、変化する配向角度に対応する、検出された強
度信号情報を抽出する手段と、Ｅ）誘導関数に前記複数のデータポイントをはめ込むこ
とにより、前記屈折光学系の前記屈折特性を評価する手
段と、Ｆ）前記屈折特性をレポートする手段とを、含むことを
特徴とする。

【０００８】本発明の第３の視点によれば、屈折光学系
の屈折特性を測定するための装置は、光源と、受信した
光の強度を示す信号を発生するための感光性検出器と、
前記光源から前記屈折光学系を光線を送るよう、前記光
源から前記屈折光学系まで設けられた照明光路と、前記
屈折光学系から前記検出器へ光線を送るよう、前記屈折
光学系から前記検出器まで設けられた検出光路と、前記
屈折光学系に入射する前記光線の輻輳を変えるよう、前
記屈折光学系に対する前記光源の光学的位置を変える手
段と、複数のデータポイントを発生するよう、前記光源
の複数の対応する光学的位置の各々に対し、前記検出器
によって発生される前記信号を抽出すると共に、前記複
数のデータポイントを誘導関数にはめ込み、前記屈折特
性を推定するための処理手段と、前記屈折特性をレポー
トするための手段とを備えた、ことを特徴とする。

【０００９】本発明の第４の視点によれば、屈折光学系
の屈折特性を測定するための装置は、光源と、受信した
光の強度を示す信号を発生するための感光性検出器と、
前記光源から前記屈折光学系を光線を送るよう、前記光
源から前記屈折光学系まで設けられた照明光路と、前記
屈折光学系から前記検出器へ光線を送るよう、前記屈折
光学系から前記検出器まで設けられた検出光路と、前記
屈折光学系に入射する前記光線に、非ゼロシリンダ成分
を導入するための手段と、前記屈折光学系の像平面にお
ける光の強度分布を変えるよう、ある範囲にわたって前
記シリンダ成分の回転角方向の配向を変えるための手段
と、複数のデータポイントを発生するよう、前記シリン
ダ成分の複数の対応する回転角方向の配向に対し、前記
検出器によって発生される前記信号を抽出すると共に、
前記複数のデータポイントを誘導関数にはめ込み、前記
屈折特性を推定するための処理手段と、前記屈折特性を
レポートするための手段とを備えた、ことを特徴とす
る。

【００１０】本発明のさらなる展開特徴は、各従属請求
項に記載したとおりであり、必要に応じ、ここに引照を
もって組込むことができるものとする。

【００１１】

【発明の実施の形態】簡単に説明すれば、本発明は、測
定データポイントを誘導関数にはめ込むことにより、屈
折光学系の屈折特性を測定するための方法および装置に
関する。自動対物レンズオプトメータに関連する好まし
い実施例では、各データポイントはオプトメータの特定
の位置における照明された屈折光学系からの光を受ける
面状（エリア）検出器アレイ上の複数のピクセルを１回
スキャンすることによって抽出されたピーク信号の振幅
を示す。誘導された関数は、ピクセルのピーク信号と共
焦配置における屈折光学系の像平面における、合焦状態
に対応する検出器アレイにおける光の変化する合焦状態
に基づくオプトメータ位置との関係を定める。広く、か
つ高精度の範囲にわたる高速および低速球面オプトメー
タスイープの間、第１の誘導関数が適用される。この第
１の誘導関数は眼の球面の度およびシリンダ（円柱レン
ズ系）の度の大きさを示すよう、第１および第２非点収
差焦点において、一対の極を含む。そして、照明光に導
入された非ゼロシリンダ軸線を変える、シリンダスイー
プの間、第２の誘導関数が適用される。この第２の誘導
関数はシリンダ軸線を定める単一の極を含む。

【００１２】さらに本発明の展開実施形態は、各従属項
に記載されており、必要に応じて、ここに参照するもの
とする。

【００１３】［実施例］次に、添付図面を参照した次の
好ましい実施例の詳細な説明に、本発明の性質および作
動の態様をより詳細に説明する。

【００１４】まず最初に、添付図面のうちの図１を参照
する。図１には、本発明の好ましい実施例に従って形成
された装置が番号１０で総称されている。好ましい実施
例のこの装置１０は角膜３と、水晶体４と、ガラス体５
と、網膜６とを含むように示された眼２の屈折光学系の
屈折誤差を測定するための対物レンズオプトメータであ
る。このオプトメータ１０はある範囲の異なる球面及び
シリンダにわたる眼の眼底からレトロ反射される光源の
光および円筒合焦状態をモニタし、網膜に「最良の合焦
像」が生じる球面およびシリンダの特定の合焦状態を測
定するタイプのものである。本発明の好ましい実施例
は、レトロ反射による眼内の屈折誤差を測定するための
対物レンズオプトメータに関連して説明するが、この説
明から本発明はレトロ反射を使用しないで、レンズ、特
に眼科用矯正レンズの屈折特性を測定するためのレンズ
メータにも適用できることが容易に理解できよう。

【００１５】図１に略図で示された好ましい実施例のオ
プトメータ１０は、眼２を照明するための照明光学系１
２と、眼からレトロ反射された光を検出するための検出
光学系１４を概略含む。

【００１６】照明光学系１２は、点光源１６、好ましく
は近赤外線スペクトル領域内の光を放出する超輝度ダイ
オード（ＳＬＤ）を含み、このダイオードは両凸正シン
グレットの両側に設けられた一対の両凸正ダブレットか
ら成る主オプトメータレンズ２０へ向けて光源１６から
の光を反射するように傾斜したビームスプリッタ１８に
向くように配置されている。ビームスプリッタ１８の光
透過方向に沿って位置する非球面レンズ２６の前方で、
目標（ターゲット）レチクル２４を照明し、よって光源
１６からの照明光線と一致する被検体に固定目標（ター
ゲット）を提示できるように、目標照明光源２２が配置
されていることが好ましい。オプトメータレンズ２０を
光が出て、逆のシリンダの度を有する一対の協働する円
柱レンズ２８ａ、２８ｂおよび制限アパーチュア３０を
通過し、その後、反射ミラー３２によって向きが変えら
れるようになっている。このような向きを変えられた光
はビームスプリッタ３４を通過し、次に眼２の方向のオ
プトメータのテスト軸線Ａに沿って進むよう、別のビー
ムスプリッタ３６によって反射される。この照明光はリ
レーレンズ系３８を通過するように、テスト軸線Ａに沿
って進む。このリレーレンズ系３８は角膜３の表面にお
いて制限アパーチュア３０を合焦し、下記に説明する球
面オプトメータ位置に応じてミラー（ビームスプリッ
タ）３６によって反射される常時正の輻輳（収束）光を
正または負の輻輳（発散）光に変換する。この照明光は
次にレンズ系３８を通過し、眼２に到達する。従って、
光源１６から網膜６までの照明光路４０が画定される。
好ましい実施例のために示された照明光路４０の一部
は、本発明に関連しない理由からオプトメータのテスト
軸線Ａ（眼２がテスト軸線に沿って整合される）から離
間するようになっている。

【００１７】検出光学系１４は網膜６からビームスプリ
ッタ３４への逆方向において、照明光学系１２と物理的
に一致している。ビームスプリッタ３４において制限ア
パーチュア４４と、逆のシリンダの度を有する一対の協
働する円柱レンズ４６ｂ、４６ａと、公称的にオプトメ
ータレンズ２０と同一のオプトメータレンズ４８と、リ
レーレンズ５０と、赤外線通過フィルタ５２とによって
レトロ反射光の向きが再び定められ、感光性検出器５４
に達する。従って、網膜６から検出器５４への検出光学
系光路５６が画定されている。感光性検出器５４は複数
の感光性ピクセルを有する二次元の面状の（エリア）検
出器であることが好ましく、ピクセルの各々はピクセル
が受信した光エネルギーの強度を示す出力電圧信号を発
生する。検出器５４は眼２からレトロ反射された光が、
光源が眼を照明したのと逆の同じ光学的経路構成（コン
フィギュレーション）を通過するように、光源１６に対
して光学的に相補的な位置に位置している。従って、光
源１６の像が網膜６に良好に合焦されると、このような
共焦配置で検出器５４にレトロ反射された光が良好に合
焦される。

【００１８】オプトメータ１０は更に負のシリンダ成分
可変モータ（シリンダモータ）５８ａと、正のシリンダ
成分可変モータ５８ｂ（シリンダモータ）と、球面成分
可変モータ（球面モータ）６０とを含む。負のシリンダ
成分可変モータ５８ａは照明光路４０および検出光路５
６を中心に、負の円柱レンズ２８ａおよび４６ａをそれ
ぞれ同期した状態でステップ状に駆動回転するよう、こ
れら負の円柱レンズに作動的に結合されたステップモー
タである。同様に、正のシリンダ成分可変モータ５８ｂ
も、照明光路４０および検出光路５６を中心にして、同
期した状態でステップ状に、正のレンズ２８ｂおよび４
６ｂをそれぞれ回転駆動するように、これら正の円柱レ
ンズに作動的に結合されたステップモータとなってい
る。従って、負の円柱レンズ２８ａと正の円柱レンズ２
８ｂとは、０でないシリンダの輻輳（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ
ｃｙｌｉｎｄｅｒｖｅｒｇｅｎｃｅ）、すなわち度
を生じるように、それぞれのシリンダ軸線が平行となら
ないように互いに回転でき、これら双方の円柱レンズ２
８ａと２８ｂとは、この結果生じる、０でないシリンダ
の度の全体のシリンダ軸線を変えるように、１つの対と
して共に回転できる。このように、眼２に入射する照明
光にシリンダ成分を導入することができ、１８０度の範
囲にわたってこのシリンダ成分の回転角方向の配置（軸
線）を変えることができる。共焦光学系を維持するため
に、照明光路４０を中心とする円柱レンズ２８ａ、２８
ｂの回転と同期して、検出光路５６を中心にシリンダ成
分可変モータ５８ａ、５８ｂにより、円柱レンズ４６
ａ、４６ｂを回転するようになっている。

【００１９】球面成分可変モータ６０はキャリア６２に
作動的に結合されており、このキャリアは光源１６と、
ビームスプリッタ１８と、目標（ターゲット）照明光源
２２と、目標レチクル２４と、非球面レンズ２６と、リ
レーレンズ５０と、フィルタ５２と、検出器５４とを支
持している。この球面成分可変モータ６０は、照明光路
４０および検出光路５６のそれぞれの部分に平行な光路
に沿って、ある範囲の直線位置を通過するよう、キャリ
ア６２を直線状に前後に駆動する。光路４０および５６
に対し、オプトメータレンズ２０と４８とが夫々整合し
ている。光源１６とビームスプリッタ１８とは、リレー
レンズ５０、フィルタ５２および検出器５４がオプトメ
ータレンズ４８に対して移動するのと同じ距離だけ、主
オプトメータレンズ２０に対して移動するので、キャリ
ア６２のその直線状移動範囲内の位置に拘わらず、光源
１６と検出器５４との間には相補的な光学的関係が維持
される。当業者であれば理解できるように、キャリア６
２の移動はバダール（Ｂａｄａｌ）光学空間における、
移動する光源１６と等価的である。好ましい実施例で
は、この直線状のオプトメータ位置を「ジオプター」な
る用語で表現する。

【００２０】概観すると眼の球面屈折誤差は上記共焦系
の下で網膜６および検出器５４に最良の合焦像（焦点）
を発生する正常な基準位置に対する光源１６および検出
器５４の直線状位置を探すことにより決定する。網膜６
で最良の合焦像を発生するオプトメータのリニアな位置
は大きさが眼の球面屈折誤差に対応しており、ジオプタ
ーで表現される。正常な基準位置はゼロジオプターにあ
り、好ましい実施例では−２０〜＋２０のジオプターの
最大テスト範囲が得られる。乱視では、直線運動の範囲
にわたってオプトメータを調節する際に、第２の焦点と
第１の焦点とを区別でき、オプトメータの線形位置の差
は、眼の円筒面屈折誤差の大きさに対応する。乱視のな
い眼では、すなわちシリンダの度（ｃｙｌｉｎｄｅｒ
ｐｏｗｅｒ）のない眼では、上記２つの焦点は大きさが
球面屈折誤差に対応する単一の焦点に縮退（ｃｏｌｌａ
ｐｓｅ）する。負および正の円柱レンズ２８ａ、２８ｂ
を相互の対応するような回転位置に調節し、双方の円柱
レンズ２８ａ、２８ｂを夫々１８０度だけ回転して入射
光のシリンダ軸線を変え、最良の焦点が生じる回転角位
置を探すことにより、非ゼロのシリンダの度を示す所定
の輻輳点（ないし度）で光を導入することによって、眼
のシリンダ軸線を決定できる。本発明によれば、球面お
よびシリンダの度を計算するよう、直線状にオプトメー
タをスイープする間発生するピークピクセルデータポイ
ントを評価し、シリンダ軸線を計算するように回転スイ
ープする間に発生されるピークピクセルデータを評価
し、シリンダの度の第２の独立した測定を行うように、
数値曲線のはめ込みないし適合（ｆｉｔ）を実行する。
性質上、直線状または回転運動である、上記のようなス
イープを使用する他に、照明光の輻輳の度合を変えるこ
とも可能であるので、以下、照明ビームの球面の輻輳の
度合を変えるのに実行されるスイープをその運動が直線
状であるか否かに拘わらず、以下、「球面スイープ」な
る用語を使用し、非ゼロシリンダ成分ないし要素（ｎｏ
ｎ−ｚｅｒｏｃｙｌｉｎｄｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎ
ｔ）の軸線を変えるスイープを意味するのに、以下、
「シリンダスイープ」なる用語を使用する。

【００２１】図２は、対物レンズオプトメータ１０の電
気ブロック図である。パワー入出力回路６４と、主制御
回路６６とはデータバス６８によって接続されている。
全体が破線で示されている光学的ヘッドアセンブリ７０
は、接続されている一対の整合カメラ７４および７６か
らのビデオ情報を処理するための整合／ビデオ制御回路
７２を含む。これら整合カメラ７４および７６は本願出
願人が特許権者となっている米国特許第4,881,807号が
教示するように、測定装置と眼とを整合させるために一
対の整合照明光源７８および８０と協働する。光学的ヘ
ッドアセンブリ７０は更に光源１６と、検出器（アレ
イ）５４と、目標（ターゲット）照明光源２２とを更に
含む。これらはすべて整合／ビデオ制御回路７２に接続
されている。入出力回路６４からライン８４に沿って整
合／ビデオ制御回路７２に電力が供給されるが、整合／
ビデオ制御回路７２と主制御回路６６との間の制御およ
び測定データの転送はライン８６に沿って行われる。光
学的ヘッドアセンブリ７０は、負のシリンダ可変モータ
５８ａ、正のシリンダ可変モータ５８ｂおよび球面成分
可変モータ６０のみならず、円柱レンズの対２８ａ、２
８ｂおよび４６ａおよび４６ｂのうちの１つに対する基
準を設定するためのシリンダ成分リミットスイッチ８８
およびキャリア６２の直線状の移動を制限するための球
面成分シリンダリミットスイッチ９０も含む。負のシリ
ンダ成分（要素）可変モータ５８ａ、正のシリンダ成分
（要素）可変モータ５８ｂ、球面成分（要素）モータ６
０、シリンダ成分リミットスイッチ８８および球面成分
リミットスイッチ９０の各々は、モータ制御回路９２に
接続されている。ステップモータ５８ａ、５８ｂおよび
６０を駆動するための合成された直交正弦波を発生し、
各モータの精密なステップ位置をそれぞれトラッキング
するために、モータ制御回路９２の一部として３つの電
界プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）９４、９６
および９８が設けられている。図２から判るように、Ｘ
軸線モータ１００と、Ｙ軸線モータ１０２と、Ｚ軸線モ
ータ１０４も、テスト軸線Ａと眼２とを整合させるよ
う、Ｘリミットスイッチ１０６、Ｙリミットスイッチ１
０８およびＺリミットスイッチ１１０によって決まる範
囲内で、モータ制御回路９２によって駆動される。

【００２２】本発明による測定データの抽出と処理と
は、主制御回路６６内の中央処理ユニット（ＣＰＵ）１
１８の制御により、Ａ／Ｄコンバータ１１２、ＦＰＧＡ
１１４、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１６およ
びプログラマブルメモリ（ＥＰＲＯＭ）１１７（ＭＥ
Ｍ）によって実行される。ＦＰＧＡ１１４はＡ／Ｄコン
バータ１１２からのデジタル化されたピクセル信号を受
信し、シリアルに受信された各ピクセル信号の振幅と、
そのスキャンの間に先に保持されていたピークピクセル
振幅とを比較し、比較が認める場合に、新しいピークピ
クセル振幅を登録し、これによりリアルタイムで検出器
アレイ５４をスキャンするごとに、ピークピクセル信号
を抽出する。各スキャンの間の、この結果生じるピーク
ピクセル振幅は、単一のデータポイントを生じるよう、
対応するオプトメータの位置と整合（一部）するように
保持される。オプトメータの各スイープの間で複数のデ
ータポイントが抽出され、ＤＳＰ１１６はプログラマブ
ルメモリ１１７に記憶されたルーチンに従って、抽出さ
れたデータポイントの誘導関数へのシンプレックス曲線
はめ込みないし適合（ｆｉｔ）を実行する。後に説明す
るように、球面オプトメータスイープからのデータの曲
線へのはめ込みにより、球面およびシリンダの度を計算
することが可能となり、オプトメータのシリンダスイー
プからのデータの曲線へのはめ込みにより、シリンダ軸
線の計算だけでなく、シリンダの度の第２の独立した決
定が可能となる。

【００２３】図２の回路図には、オプトメータ１０をオ
ペレータが制御するためのキーパッド入力装置１２０、
ディスプレイデバイス１２２、例えばオペレータに向く
ように配置された一体型液晶ディスプレイおよび測定結
果のハードコピー出力を発生するためのプリンタ１２４
も略図で示されている。次にオプトメータ１０の作動お
よびその屈折特性の計算について説明する。テスト軸線
Ａが眼２に整合するようにいったん位置すると、整合シ
ステムにより自動的に、またはオペレータによってマニ
ュアルで、オプトメータの測定サイクルが開始される。
オプトメータの測定サイクルの間、下記のような所定の
作動シーケンスでモータ５８ａ、５８ｂおよび６０が駆
動され、球面およびシリンダの度、およびシリンダ軸線
の計算が可能となる。

【００２４】オプトメータの測定サイクルの最初の部分
は、高速の球面スイープである。この球面スイープで
は、負の円柱レンズ２８ａと正の円柱レンズ２８ｂとが
全体でゼロのシリンダに対して互いにキャンセルし合う
ようにセットされ、球面成分可変モータ６０が所定の比
較的広い範囲、例えば−１０〜＋１０ジオプターまでの
範囲にわたる一連の等間隔の直線状位置を通過するよう
に、可動キャリア６２を駆動する。検出器アレイ５４は
固定されたフレームレート、例えば５０Ｈｚでスキャン
され、Ａ／Ｄコンバータ１１２により０〜２５５の範囲
のデジタル化された値に変換されるピークピクセル振幅
がＦＰＧＡ１１４によって抽出される。このピークピク
セル情報は対応するオプトメータの球面位置情報と共
に、非同期的にＤＳＰ１１６へ与えられ、本明細書で説
明する多次元数値曲線はめ込み（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｃｕｒｖｅｆｉｔ）に従って処理される。好ましい高
速測定サイクルでは、球面成分可変モータ６０はステッ
プごとに０.０６３５ジオプターの均等値だけ移動す
る。高速スイープでは、球面成分可変モータ６０はスキ
ャンごとに約１２回のステップで移動し、範囲に沿った
約０.７６ジオプターごとに１つのデータポイントが発
生されるよう、各検出器のスキャンの終了時にモータ中
断信号が送られる。

【００２５】オプトメータの球面スイープ中は、レトロ
反射ビームによって照明される検出器５４上の面積（エ
リア）は、網膜６に対する異なる位置で、変化する輻輳
光が眼によって合焦される際に変化する。直感的にはレ
トロ反射ビームによって照明される検出器６５上の面積
が不良な合焦状態により大きくなるにつれて、検出器に
より受信される光の総エネルギーは多数のピクセルの間
に広がって分布するので、ピクセルのピーク振幅は低下
する。これと逆に、合焦状態が良好になることにより、
検出器５４上の照明面積がより狭くなるにつれ、検出器
が受信する総光エネルギー量はより少数のピクセルに制
限されるので、ピクセルのピーク振幅は増大する。特定
のオプトメータ位置におけるピクセルのピーク振幅は、
検出器５４上の総照明面積の逆数に比例するので、次の
式により球面オプトメータ位置（ｚ）の関数としてのピ
クセルのピーク振幅を極めて良好な近似式に表現でき
る。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、ＰＰは０〜２５５の範囲のデジタ
ル化されたピクセルのピーク振幅であり、ｚはジオプタ
ーで示したオプトメータの位置であり、ｆ₁はジオプタ
ーで示した第１の非点焦点の位置であり、ｆ₂はジオプ
ターで示した第２の非点焦点の位置であり、Ｍは任意の
スキャンの間、振幅スケーリングファクタがとる定数で
あり、Ａは１未満の無次元の有効光源サイズパラメータ
であり、Ｏは任意のスキャンの間に系（システム）オフ
セット値がとる比較的小さい定数である。上記の式にお
いて、ｆ₁およびｆ₂は球面およびシリンダ（要素）の屈
折誤差の大きさを示す。より詳細には、「正のシリンダ
要素可変モード」（シリンダモード）では、眼はｆ₁ジ
オプターの球面の度を有し、（ｆ₂−ｆ₁）ジオプターの
シリンダの度を有し、「負のシリンダ要素可変モード」
では、ｆ₂ジオプターの球面の度を有し、（ｆ₁−ｆ₂）
ジオプターのシリンダの度を有すると称すことができ
る。オフセットＯに対する初期値は０とすることができ
る。より高い振幅データポイントをクラスター化し、Ｍ
およびＡについて解くことにより、ｆ₁およびｆ₂に対し
大まかな値を割り当てることにより、ＭおよびＡに対す
るスタート値を決定できる。次の説明から理解できるよ
うに、上記関数の結果、ｆ₁およびｆ₂において一対の極
（ピーク）が生じる。

【００２８】焦点ｆ₁およびｆ₂に対する値に達するよ
う、プログラマブルメモリ１１７内に記憶されたシンプ
レックス数値曲線はめ込みソフトウェアルーチンを使っ
てＤＳＰ１１６により、上記誘導関数にピクセルのピー
ク信号データポイントをはめ込む。好ましい曲線はめ込
みアルゴリズムとしては、Ｊ.Ａ.ネルダー（Ｎｅｌｄｅ
ｒ）およびＲ.ミード（Ｍｅａｄ）両氏により、「コン
ピュータジャーナル」第７巻、３０８〜３１３ページ
（１９６５年）で発表されたダウンヒルシンプレックス
法が挙げられる。このアルゴリズムおよびＣ言語による
ソフトウェアコードの例の説明はＣ言語による数値レシ
ピ：科学的計算の技術（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＲｅｃｉｐ
ｅｓｉｎＣ：ＴｈｅＡｒｔｏｆＳｃｉｅｎｔ
ｉｆｉｃＣｏｍｐｕｔｉｎｇ）、第２版、１９９２年著
作権、ケンブリッジ大学出版、４０８〜４１２ページに
記載されている。

【００２９】このような初期の高速球面スイープの結果
として、焦点ｆ₁およびｆ₂の値を探すことにより、球面
およびシリンダの度の粗い値を決定する。次に、これら
球面およびシリンダの度の粗い値を使って、例えば最初
の焦点ｆ₁からの−３ジオプターでスタートし、第２焦
点ｆ₂から＋３ジオプターだけ移動することにより、関
心のある当該領域内の、より狭い範囲を選択する。オプ
トメータの測定サイクルの第２部分において、狭い範囲
にわたって低速でより細かく球面スイープするために、
キャリア６２を駆動するに球面成分可変モータ６０に命
令する。好ましい実施例のこの低速スイープでは、球面
成分可変モータ６０は１回のスキャンにつき約３ステッ
プだけ移動し、当該範囲に沿って約０.１９ジオプター
ごとに１つのデーアポイントが発生されるよう、各検出
器の終了時にモータ中断信号が送られる。細かいスイー
プからのピクセルピークデータポイントには初期の高速
スイープに関してこれまで述べたのと同じシンプレック
ス曲線はめ込み法を施し、眼の屈折光学系の球面および
シリンダの度を最終決定する。

【００３０】高速および低速球面スイープが一旦実行さ
れると、球面オプトメータ位置は焦点ｆ₁とｆ₂との間の
中間の眼の球面等価的位置に調節され、負の円柱レンズ
２８ａと正の円柱レンズ２８ｂとの間での相対的回転に
より、照明光、例えばシリンダの２つのジオプターに非
ゼロシリンダ成分（要素）を導入する。オプトメータの
測定サイクルの第３部分は非ゼロシリンダ成分（要素）
の有効角度を０度から１８０度に変えるよう、照明光軸
４０を中心として円柱レンズ２８ａと２８ｂの対をシリ
ンダスイープすることである。現在のところ好ましい測
定サイクルでは、シリンダ成分可変モータ５８ａ、５８
ｂは円柱レンズ２８ａ、２８ｂだけでなく、対応する円
柱レンズ４６ａ、４６ｂも、０.７６度に等しい離散的
ステップで回転する。直感的には、測定装置のシリンダ
の回転角の回転角方向の配置は眼のシリンダ軸線と同じ
回転角方向の配置に接近するにつれ、レトロ反射された
ビームによって照明される検出器５４上の面積は合焦が
改善されることにより、より小さくなる。この結果、検
出器によって受信される総光エネルギーはより少ない数
のピクセルだけに限定されるので、ピクセルのピーク振
幅は最大値に接近する。オプトメータのシリンダの成分
の特定の角度におけるピクセルのピーク振幅は、検出器
５４上の証明される総面積の逆数に比例するので、オプ
トメータのシリンダの角度（Θ）の関数としてのピクセ
ルのピーク振幅は、次の式により極めて良好に近似的に
示される。

【００３１】

【数２】

【００３２】ここで、ＰＰは０〜２５５の範囲のデジタ
ル化されたピクセルピーク振幅であり、Θはオプトメー
タのシリンダの角度であり、Ｔは眼のシリンダの角度で
あり、ＣＲは眼のシリンダの度／測定器のシリンダの度
で定義される「シリンダ比」であり、Ｍは任意のスケー
リング定数である。シリンダのスイープにおいて、シリ
ンダ成分可変モータ５８ａ、５８ｂは、１回回転角の範
囲をほぼ５度回転するごとに１つのデータポイントが発
生されるよう、１回の検出器にスキャンにつき、約７ス
テップだけ移動する。

【００３３】球面スイープと同じように、眼のシリンダ
軸線Ｔだけでなく、シリンダ比ＣＲに対する値に達する
よう、プログラマブルメモリ１１７に記憶された同様な
シンプレックス数値曲線はめ込みソフトウェアルーチン
を使ってＤＳＰ１１６により誘導された回転角方向の強
度関数（ａｎｇｕｌａｒｉｎｔｅｎｓｉｔｙｆｕｎ
ｃｔｉｏｎ）に、シリンダスイープからのピクセルのピ
ーク信号データがはめ込まれる。シリンダ比ＣＲの分母
は非ゼロ測定値の円筒成分に対応する既知の値であるの
で、読者は多次元曲線のはめ込みによるシリンダ比ＣＲ
の決定により、シリンダスイープおよびこれに関連する
データ曲線のはめ込みによって、この特性の計算と独立
して、眼のシリンダの度の大きさを別個に計算すること
が可能となることが理解できよう。

【００３４】次に、報告手段、例えばディスプレイ装置
１２２およびプリンタ１２４により、眼の特性として、
または眼に対する矯正レンズの処方の度として、これら
球面およびシリンダの度、およびシリンダ軸線を報告す
る。

【００３５】図３〜５に示されたグラフとして、これら
測定および曲線のはめ込みの結果例が示されている。図
３は、正視眼、すなわち正常なシリンダの度を有しない
眼を測定する球面スイープに対するオプトメータの位置
の関数としてのピクセルのピーク信号のプロット図であ
る。曲線はめ込みルーチンによって発生された、その結
果生じる曲線も示されている。眼は実質的に乱視がない
ので、単一焦点に対応する曲線内の１つの極（ピーク）
が容易に認められる。換言すれば、焦点ｆ₁とｆ₂の双方
はほぼ同じ位置にある。＋３ジオプターの球面の度にわ
たって極（ピーク）が生じている。図４のプロットは乱
視を有する眼を測定した結果得られたものである。理解
できるように、データポイントをはめ込んだ曲線は焦点
ｆ₁およびｆ₂に対応する一対の分離した極（ピーク）を
含む。測定された眼は正のシリンダ成分可変モードで
は、−２.１３４ジオプターの球面の度および＋２.８２
２ジオプターのシリンダの度を有する。最後に、図５
は、乱視の眼を円筒面（シリンダ）スイープした間にプ
ロットされたデータポイントおよびその結果はめ込まれ
た曲線を示す。この分析は、シリンダ軸線が約７２度に
あることを示す。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、従来の技術で可能であったよ
りも、より短い時間で、より正確な測定値を発生するよ
う、１回の球面またはシリンダスイープで収集される多
数のデータポイントを利用するものである。データを決
定する包括的な形態の関数的関係は既知であるので、元
のデータポイントの間隔よりもより高い精度で、焦点お
よびシリンダ軸線の位置を測定できる。更に、本発明の
曲線はめ込み方法は、任意の系のオフセットおよびスケ
ーリングファクタを自動的に決定し、これを補償する。
眼から反射されたラジオメトリック情報の決定は、焦点
近くでは本来的に不安定である。その理由は、網膜から
の散乱反射の面積は極めて狭く、局所的な網膜の形態に
極めて影響されやすいからであり、この曲線はめ込みル
ーチンは一般的ないし包括的なデータ関係の知識に基づ
きこの効果を最適の仕方で平均化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例に従って形成された対
物レンズオプトメータの光学略図である。

【図２】図１に示された対物レンズオプトメータの電子
ブロック図である。

【図３】正常視眼に対する測定データの球面スイープ曲
線のはめ込み（ｆｉｔ）を示すグラフである。

【図４】乱視の眼に対する測定データの球面スイープ曲
線のはめ込みを示すグラフである。

【図５】乱視の眼に対する測定データのシリンダスイー
プ曲線のはめ込みを示すグラフである。

【符号の説明】

２眼３角膜４レンズ体５ガラス体６網膜１０オプトメータ１２照明光学系１４検出光学系１６光源１８ビームスプリッタ２０オプトメータレンズ２２目標（ターゲット）照明光源２６非球面レンズ２８ａ、２８ｂ円柱レンズ３０アパーチャー３２反射ミラー３４、３６ビームスプリッタ３８リレーレンズ４０照明光路５８ａ負のシリンダ成分（要素）可変モータ（シリン
ダモータ）５８ｂ正のシリンダ成分（要素）可変モータ（シリン
ダモータ）６０球面成分可変モータ７０光学的ヘッドアセンブリ７８、８０整合照明光源８８シリンダリミットスイッチ９０球面成分リミットスイッチ９４、９６、９８プログラマブルゲートアレイ（Ｆ
ＰＧＡ）１００Ｘ軸線モータ１０２Ｙ軸線モータ１０４Ｚ軸線モータ

フロントページの続き (56)参考文献特開平７−255674（ＪＰ，Ａ) 特開平７−280703（ＪＰ，Ａ) 特開平７−39517（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 3/10 - 3/107

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折光学系の屈折特性を測定するためのシ
ステムであって、Ａ）光源からの光線により前記屈折光学系を照明し、前
記屈折光学系の像平面における光の強度分布を変えるよ
う、ある範囲にわたって前記光線の輻輳を徐々に変える
手段と、Ｂ）前記像平面における光の、前記変化する強度分布を
示す信号情報を発生するよう、前記屈折光学系によって
形成される前記光源の像を検出する手段と、Ｃ）複数のデータポイントを提供するよう、前記光線の
輻輳の変化する度合いに対応する、検出された強度信号
情報を抽出する手段と、Ｄ）誘導関数に前記複数のデータポイントをはめ込むこ
とにより、前記屈折光学系の前記屈折特性を評価する手
段と、Ｅ）前記屈折特性をレポートする手段とを備えた、屈折特性の測定システム。
【請求項２】感光性ピクセルのアレイを有する二次元の
面状検出器によって前記光源の前記像を検出し、前記強
度信号情報が輻輳の各対応する度合いに対して抽出され
たピクセルピーク信号を含む、請求項１記載の、屈折特
性の測定システム。
【請求項３】前記工程（Ｂ）が前記光源のレトロ反射さ
れた像を検出することを含む、請求項１記載の、屈折特
性の測定システム。
【請求項４】前記屈折光学系が人の眼の屈折光学系であ
り、前記像平面が前記眼の網膜によって規定されてい
る、請求項３記載の、屈折特性の測定システム。
【請求項５】感光性ピクセルのアレイを有する二次元の
面状検出器によって前記光源の前記像を検出し、前記強
度信号情報が輻輳の各対応する度合いに対して抽出され
たピクセルピーク信号を含む、請求項４記載の、屈折特
性の測定システム。
【請求項６】前記屈折光学系の球面の度およびシリンダ
の度を測定する、請求項１記載の、屈折特性の測定シス
テム。
【請求項７】屈折光学系の屈折特性を測定するためのシ
ステムであって、Ａ）光源からの、非ゼロシリンダ成分を有する光線によ
り、前記屈折光学系を照明する手段と、Ｂ）前記屈折光学系の像平面における光の強度分布を変
えるよう、ある範囲にわたって前記シリンダ成分の回転
角方向の配置を徐々に変える手段と、Ｃ）前記像平面における光の、前記変化する強度分布を
示す信号情報を発生するよう、前記屈折光学系によって
形成される前記光源の像を検出する手段と、Ｄ）複数のデータポイントを発生するよう、前記シリン
ダ成分の、変化する配向角度に対応する、検出された強
度信号情報を抽出する手段と、Ｅ）誘導関数に前記複数のデータポイントをはめ込むこ
とにより、前記屈折光学系の前記屈折特性を評価する手
段と、Ｆ）前記屈折特性をレポートする手段とを備えた、屈折特性の測定システム。
【請求項８】感光性ピクセルのアレイを有する二次元の
面状検出器によって前記光源の前記像を検出し、前記強
度信号情報が前記シリンダ成分の各対応する配向角度に
対して抽出されたピクセルピーク信号を含む、請求項７
記載の、屈折特性の測定システム。
【請求項９】前記工程（Ｃ）が前記光源のレトロ反射さ
れた像を検出することを含む、請求項７記載の、屈折特
性の測定システム。
【請求項１０】前記屈折光学系が人の眼の屈折光学系で
あり、前記像平面が前記眼の網膜によって規定されてい
る、請求項９記載の、屈折特性の測定システム。
【請求項１１】感光性ピクセルのアレイを有する二次元
の面状検出器によって前記光源の前記像を検出し、前記
強度信号情報が前記シリンダ成分の各対応する配向角度
に対して抽出されたピクセルピーク信号を含む、請求項
１０記載の、屈折特性の測定システム。
【請求項１２】前記屈折光学系のシリンダの度およびシ
リンダ軸線を測定する、請求項７記載の、屈折特性の測
定システム。
【請求項１３】光源と、受信した光の強度を示す信号を発生するための感光性検
出器と、前記光源から前記屈折光学系を光線を送るよう、前記光
源から前記屈折光学系まで設けられた照明光路と、前記屈折光学系から前記検出器へ光線を送るよう、前記
屈折光学系から前記検出器まで設けられた検出光路と、前記屈折光学系に入射する前記光線の輻輳を変えるよ
う、前記屈折光学系に対する前記光源の光学的位置を変
える手段と、複数のデータポイントを発生するよう、前記光源の複数
の対応する光学的位置の各々に対し、前記検出器によっ
て発生される前記信号を抽出すると共に、前記複数のデ
ータポイントを誘導関数にはめ込み、前記屈折特性を推
定するための処理手段と、前記屈折特性をレポートするための手段とを備えた、屈折光学系の屈折特性を測定するための装置。
【請求項１４】前記検出器が感光性ピクセルのアレイを
有する二次元の面状検出器であり、前記処理手段が前記
光源の対応する各光学的位置に対するピクセルピーク信
号を抽出するためのピーク検出手段を含む、請求項１３
記載の、屈折特性を測定するための装置。
【請求項１５】前記光源の光学的位置を変えるための前
記手段が、前記光源を離散的ステップで移動するよう、
前記光源に駆動自在に接続されたステップモータを含
む、請求項１３記載の、屈折特性を測定するための装
置。
【請求項１６】前記屈折光学系からレトロ反射された光
が前記検出光路に導かれる、請求項１３記載の、屈折特
性を測定するための装置。
【請求項１７】前記屈折光学系が人の眼の屈折光学系で
あり、前記像平面が前記眼の網膜によって規定されてい
る、請求項１６記載の、屈折特性を測定するための装
置。
【請求項１８】前記検出器が感光性ピクセルのアレイを
有する二次元の面状検出器であり、前記処理手段が前記
光源の対応する各光学的位置に対するピクセルピーク信
号を抽出するためのピーク検出手段を含む、請求項１７
記載の、屈折特性を測定するための装置。
【請求項１９】前記レポート手段が、前記屈折光学系の
球面の度およびシリンダの度をレポートする、請求項１
３記載の、屈折特性を測定するための装置。
【請求項２０】光源と、受信した光の強度を示す信号を発生するための感光性検
出器と、前記光源から前記屈折光学系を光線を送るよう、前記光
源から前記屈折光学系まで設けられた照明光路と、前記屈折光学系から前記検出器へ光線を送るよう、前記
屈折光学系から前記検出器まで設けられた検出光路と、前記屈折光学系に入射する前記光線に、非ゼロシリンダ
成分を導入するための手段と、前記屈折光学系の像平面における光の強度分布を変える
よう、ある範囲にわたって前記シリンダ成分の回転角方
向の配向を変えるための手段と、複数のデータポイントを発生するよう、前記シリンダ成
分の複数の対応する回転角方向の配向に対し、前記検出
器によって発生される前記信号を抽出すると共に、前記
複数のデータポイントを誘導関数にはめ込み、前記屈折
特性を推定するための処理手段と、前記屈折特性をレポートするための手段とを備えた、屈折光学系の屈折特性を測定するための装置。
【請求項２１】前記検出器が感光性ピクセルのアレイを
有する二次元の面状検出器であり、前記処理手段が前記
シリンダ成分の対応する各回転角方向の配向に対するピ
クセルピーク信号を抽出するためのピーク検出手段を含
む、請求項２０記載の、屈折特性を測定するための装
置。
【請求項２２】シリンダ成分を導入するための前記手段
が、前記照明光路上に設けられた一対の対向する円柱レ
ンズを含む、請求項２０記載の、屈折特性を測定するた
めの装置。
【請求項２３】前記シリンダ成分の回転角方向の配向を
変えるための前記手段が、前記照明光路を中心として離
散的回転角方向のステップで前記円柱レンズを回転する
よう、円柱レンズの前記対の各々に１つずつ接続された
一対のステップモータを含む、請求項２２記載の、屈折
特性を測定するための装置。
【請求項２４】前記屈折光学系からレトロ反射された光
が前記検出光路に導かれる、請求項２０記載の、屈折特
性を測定するための装置。
【請求項２５】前記屈折光学系が人の眼の屈折光学系で
あり、前記像平面が前記眼の網膜によって構成されてい
る、請求項２４記載の、屈折特性を測定するための装
置。
【請求項２６】前記検出器が感光性ピクセルのアレイを
有する二次元の面状検出器であり、前記処理手段が前記
シリンダ成分の対応する各回転角方向の配向に対するピ
クセルピーク信号を抽出するためのピーク検出手段を含
む、請求項２５記載の、屈折特性を測定するための装
置。
【請求項２７】前記レポート手段が、前記屈折光学系の
シリンダの度およびシリンダ軸線をレポートする、請求
項２０記載の、屈折特性を測定するための装置。