JP3599523B2 - 眼科装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼と装置とを所定の位置関係に置いて観察又は測定を行う眼科装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被検眼と装置とを所定の位置関係に位置合わせをする眼科装置においては、角膜の反射輝点を利用する方法が多く用いられている。装置は被検眼角膜にアライメント用の指標を投影し、その角膜反射輝点をアライメント光学系の撮像素子で撮像してモニタに映し出される輝点像を観察しながらアライメンを行う。輝点がレチクルと所定の関係になるように、水平方向、垂直方向の調整を行い、前後方向は輝点のボケを判断基準として輝点が最も小さくなるように調整する。
【0003】
また、被検眼を測定する測定手段としては、例えば、角膜の広い範囲にわたり投影されたプラチドリング指標を撮影光学系の撮像素子で検出し、その検出信号に基づいて角膜の曲率分布を詳細に測定するものが知られている。この場合、角膜の指標投影位置に影響されずに、被検眼の前眼部の中心から周辺部までシャープな撮影画像が得られるように、撮影光学系の光路には適切な大きさに調整された絞りを設け、焦点深度を深くするようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにシャープな撮影画像を必要とする撮影光学系において、角膜反射輝点のボケを利用したアライメントを行おうとした場合、それぞれの光学系が必要とする焦点深度は異なるので、撮影光学系とアライメント光学系の撮像素子を別にする必要があった。
【0005】
本発明は上記従来技術に鑑み、撮影光学系とアライメント光学系の撮像素子を共用し、アライメントの容易さと撮影像の精度をともに確保できる眼科装置を提供することを技術課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有することを特徴としている。
【0007】
(1) 被検眼に眼屈折力測定用の指標を投影し、投影された指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記投影されたアライメント指標を被検眼前眼部正面像とともに撮像する撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、被検眼の屈折力を測定するためのアライメント完了前の焦点深度に対してアライメント完了後前眼部正面像の静止画像を取得する時の焦点深度を深くする制御手段と、を備え、前眼部正面像の静止画像に対して画像処理して測定時の前眼部に関する情報を得ることを特徴とする。
【0008】
(2) 被検眼に眼屈折力測定用の第1指標を投影し、投影された第1指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する第1測定手段と、被検眼の角膜に向けて角膜形状測定用の第2指標を投影し、投影された第2指標像を検出して被検眼の角膜形状を測定する第2測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、投影されたアライメント指標を撮像する光学系であり、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記第2測定手段の検出光学系と共用される撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、前記第1測定手段により被検眼の屈折力を測定するためのアライメント時の焦点深度に対して第2測定手段による角膜形状測定時の焦点深度を深くする制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0017】
【実施例】
以下、実施例1の装置を図面に基づいて説明する。実施例1の装置は、眼屈折力測定機能と角膜形状測定機能の2つの測定機能を持つ。図1は装置の光学系概略配置図である。光学系は、眼屈折力測定光学系、固視標光学系、アライメント指標投影光学系、曲率測定用指標投影光学系、及び指標検出・観察光学系に大別される。
【0018】
(眼屈折力測定光学系)
眼屈折力測定光学系100は、スリット投影光学系1とスリット像検出光学系10から構成される。スリット投影光学系1は次のような構成を持つ。2は近赤外域の光を発するスリット照明光源、3はミラーである。4はモータ5により一定の速度で一定方向に回転される円筒状の回転セクターである。回転セクター4の側面には多数のスリット開口4aが設けられている。6は投影レンズであり、光源2は投影レンズ6に関して被検眼角膜近傍と共役な位置に位置する。7は制限絞り、8は被検眼に対向する光軸L1 とスリット投影光学系の光軸L2 を同軸にするビームスプリッタである。
【0019】
光源2を発した赤外の光はミラー3に反射されて回転セクター4のスリット開口4aを照明する。回転セクター4の回転により走査されたスリット光束は、投影レンズ6、制限絞り7を経た後にビームスプリッタ8で反射される。その後、固視標光学系及び観察光学系の光軸を同軸にするビームスプリッタ9を透過して被検眼Eの角膜近傍で集光した後、眼底に投影される。
【0020】
スリット像検出光学系10は、光軸L1 上に設けられた受光レンズ11及びミラー12と、ミラー12により反射される光軸L3 上に設けられた絞り13及び受光部14を備える。絞り13はミラー12を介して受光レンズ11の後ろ側焦点位置に配置される(即ち、正視眼の被検眼眼底と共役な位置に位置する)。受光部14はその受光面に、図2に示すように、受光レンズ11に関して被検眼角膜と略共役な位置に位置する8個の受光素子15a〜15hを有している。この内の受光素子15a〜15fは受光面の中心(光軸L3 )を通る直線上に位置し、受光素子15aと15b、受光素子15cと15d、受光素子15eと15fがそれぞれ受光面の中心に対して(即ち光軸L3 を中心にして)対称になるように設けられている。この3対の受光素子は、角膜の径方向の各位置に対応した屈折力を検出できるように、その配置距離が設定されている(図2上では、角膜上における等価サイズとして示している)。一方、受光素子15gと15hは、光軸L3 を中心にして受光素子15a〜15hと直交する直線上で対称になるように設けられている。
【0021】
このような構成の眼屈折力測定光学系100は、モータ20とギヤ等から構成される回転機構21により、スリット投影光学系1のスリット照明光源2〜モータ5が光軸L2 を中心に、受光部14が光軸L3 を中心にして同期して回転するようになっている。そして、受光部14上の受光素子15a〜15fの位置する方向が、スリット投影光学系1により投影される被検眼上でのスリット光束の走査方向(眼底上でのスリット光束は、あたかもスリットの長手方向に直交する方向に走査されるようになる)に対応するように設定されている。実施例の装置では、乱視を持たない遠視または近視の被検眼眼底上でスリット開口4aによるスリット光束が走査されたとき、受光部14上で受光されるスリットの長手方向に直交する方向に対応するように受光素子15a〜15fを配置している。
【0022】
(固視標光学系)
30は固視標光学系であり、31は可視光源、32は固視標、33は投光レンズである。投光レンズ33は光軸方向に移動することによって被検眼の雲霧を行う。34a、34bはビームスプリッタである。光源31は固視標32を照明し、固視標32からの光束は投光レンズ33、ビームスプリッタ34a、34bを経た後、ビームスプリッタ9で反射して被検眼Eに向かい、被検眼Eは固視標32を固視する。
【0023】
(アライメント指標投影光学系)
60はアライメント指標投影光学系である。61は赤外光の光を出射する点光源、62は投影レンズであり、点光源61から出射された光は投影レンズ62、ビームスプリッタ34a、34b、9を介して被検眼Eへ投光され、角膜に光源像を形成する。
【0024】
(曲率測定用指標投影光学系)
曲率測定用指標投影光学系25は次の構成を有する。26は中央部に開口を持つ円錐状のプラチド板であり、プラチド板26には光軸L1 を中心にした同心円上に多数の透光部と遮光部を持つリングパターンが形成されている。27はLED等の複数の照明光源であり、照明光源27から発する赤色光(又は近赤外光)の照明光は反射板28で反射され、プラチド板26を背後からほぼ均一に照明する。プラチド板26の透光部を透過したリングパターンの光束は被検眼角膜に投影される。
【0025】
(指標検出・観察光学系)
35は指標検出・観察光学系である。36は撮影レンズ、37aは開口径が可変である円形の絞りであり、撮影レンズ36の後ろ側焦点付近に配置され、駆動装置37bによりその開口径が変えられる。38はCCDカメラである。前眼部照明光源29により照明された被検眼の前眼部像、及びアライメント指標投影光学系60による指標像は、ビームスプリッタ9、ビームスプリッタ34bで反射された後、撮影レンズ36により絞り37aの開口を経てCCDカメラ38で撮影され、TVモニタ39に映出される。また、曲率測定用指標投影光学系25により投影されたリングパターンの角膜反射光束も、同様の光路を経てCCDカメラ38の撮像素子面にリングパターンの角膜反射像を形成する。
【0026】
次に、装置の動作を図3の信号処理系の概略ブロック図を使用して説明する。まず、眼屈折力測定について説明する。検者は、測定モード切換スイッチ70により屈折力測定モードを選択し、TVモニタ39を観察しながらアライメントを行う。図4にアライメント時にモニタ39に表示される表示例を示す。検者はアライメント用の点光源61による指標像65が照準用のレチクルマーク66の中央に位置するように、装置を移動して(ジョイスティック等の周知の移動手段を使用することができる)被検眼に対する上下左右方向のアライメント調整を行う。また、指標像65のピントが合うように被検眼に対する前後方向のアライメント調整を行う。眼屈折力測定モードでは絞り37aは解放状態にされており、CCDカメラ38に撮影される像の焦点深度は浅くなっている。焦点深度が浅い光学系の場合、適正作動距離状態からのずれが大きくなるほど指標像65のボケが大きくなるので、作動距離のアライメントが行いやすくなる。
【0027】
アライメントが完了したら、検者が測定開始スイッチ74を押すと、トリガ信号が発せられて測定が開始する。装置は、従来の位相差法の屈折力測定と同様な方法により屈折力の予備測定を行う。予備測定により得られた屈折力に基づいて固視標光学系の投光レンズ33を移動し固視標32と被検眼Eの眼底を共役な位置に置いた後、さらに適当なディオプタ分だけ雲霧がかかるようにする。スリット投影光学系1からはスリット開口4aにより制限されたスリット光束が瞳孔を介して眼内に入射し、眼底上に投影される。眼底で反射され瞳孔を通過したスリット像の光束は、スリット像検出光学系10の受光部14上に届く。ここで、被検眼Eが正視眼であれば眼内に光束が入射したと同時に受光部14上の受光素子15a〜15hに光電圧が発生するが、屈折異常があれば眼底で反射されたスリット像の光が受光部14上を横切るように移動する。
【0028】
受光部14上でのスリット像の光の移動に伴い、各受光素子15a〜15hからはそれぞれ光電圧が出力される(光電圧に時間差を生ずる)。出力された各光電圧はそれぞれに接続された増幅器40a〜40h、レベルシフト回路41a〜41hを介した後、2値化回路42a〜42hにより所定のスレッシュレベルでの2値化したパルス信号に変えられる。その後、各パルス信号は各々カウンタ回路46a〜46hとOR回路43に入力される。OR回路43は2値化回路42a〜42hの中の最初の立上がりエッジを計測パルスの立上がりとするためであり、次に続くフリップフロップ44に入力される。フリップフロップ44は計測の開始となる基準時間(立上がりエッジ)を含み、全ての受光素子からのパルスを計測し終えた後に制御回路50から出力されるReset 信号を受けるまでの間の計測時間を意味する計測パルス信号をカウンタ回路46a〜46dへ出力する。
【0029】
各カウンタ回路46a〜46hは2値化回路42a〜42hで2値化されたパルス信号とフリップフロップ44からの計測パルス信号が入力されると、計測パルス信号の立上りエッジ(=基準時間)に対するそれぞれのパルス信号の立上りまでの時間及びそれぞれのパルス幅の時間をカウントして保持する。
【0030】
各カウンタ回路が保持した時間は、制御回路50からの呼び出し指令信号(CSa 〜CSh )により出力され、デ−タバス47を介して制御回路50に入力される。制御回路50は、各カウンタ回路46a〜46hからの各受光素子における基準時間に対するそれぞれのパルス信号の立上りまでの時間、パルス幅の時間に基づき、測定経線方向(スリット光束の走査方向)の角膜中心の時間を求める。角膜中心の時間は、3対の受光素子15a〜15fに対し、これと直交する方向に位置する受光素子15gと15hの光電圧信号から求まる。そして、その中心に対して測定経線方向に位置する3対の受光素子での時間差(位相差)をそれぞれ得る。
【0031】
一経線における各角膜部位での時間差が得られたら、これを屈折力に換算する。位相差法により検出される時間差と屈折力との間には、図5のような関係がある。この関係は、例えば、予め屈折力値が既知である模型眼を使用することによってサンプリングし、そのデータを記憶させておくことにより時間差に対応した屈折力値を得ることができる。
【0032】
次に、モータ20を駆動してスリット投影光学系1のスリット照明光源2〜モータ5と受光部14を所定の角度ステップ(例えば1度)で光軸回りに180度回転させる。各受光素子からの信号に基づいて各回転位置での屈折力を得る。屈折力測定は複数回繰り返され、その結果は所定の処理(平均化、中間値等)が施されて記憶される。各経線方向の屈折力に所定の処理を施すことにより、従来と同様のパラメータであるS、C、Aを算出する。
【0033】
なお、上記測定の詳細については、本願出願人による特願平8−283281号(発明の名称 眼科測定装置)を参照されたい。
【0034】
次に、角膜形状測定について説明する。測定モードを角膜形状測定のモードにした後、前述と同様にアライメントを完了させ、測定開始スイッチ74を押して測定を実行する。制御回路50は、前眼部照明光源29を消灯するとともに測定用の光源27を点灯してリングパターンを角膜に投影する。また、駆動装置37bを作動させて絞り37aを所定の大きさの径に絞る。これにより、CCDカメラが撮像する像の焦点深度は深くなり、被検眼に投影されたリングパターンの指標像が被検眼角膜全域にシャープな像として撮影される。
【0035】
CCDカメラ38に撮影されたリングパターン像及びアライメント指標像は、フレームメモリ71に取り込まれる。フレームメモリ71に取り込まれた画像は、画像処理回路72によりエッジ検出処理が施された後、その処理データが制御回路50を介してメモリ73に記憶される。
【0036】
制御回路50は記憶されたデータのエッジ検出位置に基づき所定の角度ごとの角膜曲率を演算する。角膜曲率の演算は次のように行うことができる。図6に示すように、角膜から光軸上距離D、高さHにある光源Pの角膜凸面による像iが、レンズLにより2次元検出面上に結像したときの検出像高さをh´とし、装置の光学系の倍率をmとすると、角膜曲率半径Rは、
R=(2D/H)mh´
の式により求めることができる(この演算の詳細は、特開平7−124113号公報を参照されたい)。
【0037】
また、簡易的には次のような算出方法を採用しても良い。j番目のリングが角膜に投影される領域の曲率半径をRj、j番目のリング高さと被検眼までの距離及び撮影倍率で決定される比例定数をKj、撮像面上での像高さをhjとすると、前述の関係式は、
Rj=Kj・hj
と表される。ここで、測定レンジをカバーする複数の既知の曲率を持つ模型眼を予め測定することで、比例定数をKjを装置固有の値として得ることができ、測定時にこれを読みだして演算するようにすると、極めて短時間で曲率分布を得ることができる。
【0038】
角膜形状測定と屈折力測定の連続測定モードを選択した場合は、前述のように指標像65のボケを利用したアライメントを行った後測定開始スイッチを押すと、屈折力測定が実行され、続いて絞り37aが所定の大きさの径に絞られて角膜形状測定が実行される(測定の順番は逆でも良いが、角膜形状測定用のリングパターンを可視光(赤色光)で投影する構成の場合は、屈折力測定を先に行った方が縮瞳の影響を受けずにすむので有利である)。
【0039】
上述の実施例では検者が測定開始スイッチを押すことにより測定が開始するものとしたが、指標像65の位置とそのぼけ量の検出状態(ぼけ量により作動距離方向が検出できる)に基づき、装置が周知の方法によりアライメント状態を判断し、所定のアライメント完了状態になったら自動的に測定を開始するようにすることもできる。さらには、X(左右)方向、Y(上下)方向、Z(前後)方向に光学系を移動する駆動系を設け、指標像65の検出情報に基づき、XYZ方向に駆動制御してアライメントを行ったり、自動追尾させることもできる。
【0040】
また、作動距離方向のアライメントを精密に行った方が良い測定の場合は、被検眼角膜に無限遠及び有限遠のアライメント指標を投影し、この2種類のアライメント指標像の像高さを検出し両者が所定の関係になるようにする方法が利用できる(特開平6−46999号公報参照)。対して、作動距離方向の精度をそれほど求められない測定の場合には、指標像のボケを判断基準とする方法を使用するとアライメントが行い易い。例えば、眼屈折力測定はアライメント精度が比較的ラフで良いので、この測定のときには指標像のボケを利用したアライメント方法を使用することができる。
【0041】
また、実施例では絞り37aは開口径が可変なものとして説明したが、測定に必要な所定の径を持つ絞りを光路に挿脱する構成にすることも可能である。
【0042】
また、絞り37aは撮影レンズ36の後側焦点位置付近に配置してテレセントリック光学系を構成するものとして説明したが、単に焦点深度を深くするのみであれば、撮影レンズ36の近傍に配置しても良い。
【0043】
図7は実施例2の装置の信号処理系のブロック図を示す。実施例1と同じ要素には同符号を付している。光学系は基本的に実施例1と同様であるので、この説明は省略する。
【0044】
眼屈折力測定モードでは、同時に撮影モードに切替わる。実施例1と同様にアライメント指標像の観察によりアライメントを完了させた後、測定スイッチ74を押す。装置は測定スイッチ74の信号入力により、前述と同様に屈折力測定を行い、また、照明光源29による前眼部の照明光量を増加するように駆動回路29aを制御するとともに、絞り37aを撮影用の所定の大きさの径に絞る。絞り37aは物側テレセントリック光学系を構成する位置に配置されているので、CCDカメラ38に撮影される前眼部の大きさは、撮影位置の違いによる影響が少なく、焦点深度も深くなっているのでシャープな像として撮影される。CCDカメラ38による撮影像はA/D変換後、フレームメモリ71に静止画像として記憶される。
【0045】
フレームメモリ71に記憶された撮影画像はD/A変換後、画像合成回路76を介してTVモニタ39に表示される。図8はこのときの表示画像例を示す図である。画面上には前眼部像90、アライメント指標像91の他、屈折力測定の測定結果92、撮影画像のサイズ基準とするスケール93が表示される。測定結果92及びスケール93は表示回路75で生成され、画像合成回路76で撮影像と合成される。表示回路75で生成されるスケール93の目盛りサイズは、装置の撮影光学系の撮影倍率に基づいて付されている。
【0046】
検者は、画面上のスケール93及びシャープな像として撮影された前眼部像90の静止画像の表示により、屈折力測定をしたときの瞳孔径や角膜径等の計測を行うことができる。また、角膜中心を示す指標像91も前眼部像とともに表示されるので、角膜中心と瞳孔や虹彩の形状との関係を把握でき、診断にあたっての一層有益な情報とすることができる。
【0047】
また、フレームメモリ71に記憶した前眼部像は画像処理回路72、制御回路50により、周知の方法を用いて角膜径、瞳孔径、角膜中心と瞳孔との位置情報等を演算して数値化し、表示できることは言うまでもない。
【0048】
なお、スケール93は光学的に形成して前眼部像とともに撮影するようにしても良い。この時は、CCDカメラ38からの前眼部像の映像信号と、文字や記号を生成する表示回路75と、これらを合成する合成回路76だけで良い。合成回路76で合成された映像信号はビデオプリンタ201から出力して記録することができる。
【0049】
また、TVモニタ39に表示される画像は、ファイリング装置200側に記録保存することができる。このとき、測定結果92やスケール93もともに記録保存されるので、再び呼び出しての瞳孔径等の計測や、撮影画像の編集も自由にできる。また、ファイリング装置200に記録保存した画像は、ビデオプリンタ201からプリント出力することもできる。プリント画像にはスケールも写し込まれているので、瞳孔径等の計測が容易に行える。
【0050】
上記の説明では眼屈折力測定と同時に被検眼の前眼部像を撮影するものとしたが、アライメント指標像に基づくアライメントを完了した後、単に撮影のみを行うようにしても良い。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アライメント時と撮影時において各々最適な焦点深度を得ることができるので、アライメントの容易さと撮影の精度を共に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の装置の光学系概略配置を示す図である。
【図2】受光部が有する受光素子の配置を示す図である。
【図3】実施例1の装置の信号処理系の概略ブロック図である。
【図4】アライメント時におけるモニタに表示される一例である。
【図5】位相差法により検出される時間差と屈折力との関係を示す図である。
【図6】角膜曲率の演算の方法を説明する図である。
【図7】実施例2の装置の信号処理系の概略ブロック図である。
【図8】実施例2の装置により撮影された前眼部像の表示画像例を示す図である。
【符号の説明】
25 曲率測定用指標投影光学系
35 指標検出・観察光学系
37a 絞り
37b 駆動装置
38 CCDカメラ
50 制御回路
60 アライメント指標投影光学系
100 眼屈折力測定光学系
Claims (2)
- 被検眼に眼屈折力測定用の指標を投影し、投影された指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記投影されたアライメント指標を被検眼前眼部正面像とともに撮像する撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、被検眼の屈折力を測定するためのアライメント完了前の焦点深度に対してアライメント完了後前眼部正面像の静止画像を取得する時の焦点深度を深くする制御手段と、を備え、前眼部正面像の静止画像に対して画像処理して測定時の前眼部に関する情報を得ることを特徴とする眼科装置。
- 被検眼に眼屈折力測定用の第1指標を投影し、投影された第1指標像を検出して被検眼の屈折力を測定する第1測定手段と、被検眼の角膜に向けて角膜形状測定用の第2指標を投影し、投影された第2指標像を検出して被検眼の角膜形状を測定する第2測定手段と、被検眼角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影手段とを有し、被検眼と装置とを所定の関係にして測定する眼科装置において、投影されたアライメント指標を撮像する光学系であり、撮影像の焦点深度を可変とする可変手段を有し、前記第2測定手段の検出光学系と共用される撮像光学系と、前記可変手段の動作を制御する制御手段であって、前記第1測定手段により被検眼の屈折力を測定するためのアライメント時の焦点深度に対して第2測定手段による角膜形状測定時の焦点深度を深くする制御手段と、を備えることを特徴とする眼科装置。
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Family Applications (1)
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