JP3599537B2

JP3599537B2 - 眼屈折力測定装置

Info

Publication number: JP3599537B2
Application number: JP24940197A
Authority: JP
Inventors: 功騎加藤
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: US6030081A; JPH1170073A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼屈折力測定装置としては、スリット光束を走査して被検眼眼底に投影する投影光学系と、被検眼角膜（又は瞳）と略共役な位置に配置された少なくとも１対の受光素子と正視眼の眼底と共役となる位置に配置された開口絞りとを持つ受光光学系を備え、該開口絞りを通過してくる被検眼眼底からの反射光を受光する前記受光素子の位相差出力信号に基づいて被検眼の屈折力を得るようにしたものが知られている。
【０００３】
この種の装置おいては、受光素子の光軸からの高さを高くすることにより、その高さに応じた角膜部位での眼屈折力を得ることができる。このことを利用して角膜部位での複数の高さにおける眼屈折力を求めるようにした装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、正視眼以外の眼では測定する角膜部位に対応する受光素子の高さを高くするほど（測定する角膜部位の経線方向の半径を大きくするほど）、検出される位相差は大きくなり、眼底上での測定点も端の方へ移動する。被検眼が持つ屈折度数の絶対値が大きい場合には、スリット光束が投影される眼底照射範囲を外れてしまう。したがって、受光素子の高さを高くすると、測定可能範囲が狭くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、角膜上の測定部位の高さを高くしても、屈折力の測定可能な範囲を拡大す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。
【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）被検眼眼底へスリット光束を走査して投影する投影光学系と、被検眼角膜と略共役な位置に配置され、スリット光束の方向に対して所定の関係となるように配置された対の受光素子とを持つ受光光学系と、を有し、対となる受光素子の時間差を得てその時間差から被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置において、それぞれ所定の屈折力の被検眼眼底と共役な位置である複数の挿入位置から、１つの挿入位置が選択されて配置される開口絞りと、屈折力の予備測定の結果に基づいて、前記複数の位置から１つの位置を選択して、前記開口絞りの配置位置を選択する選択手段と、開口絞りを通過した眼底反射光を検出した受光素子の出力信号及び選択された開口絞りの位置に基づいて被検眼の屈折力を求める屈折力演算手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（２）被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置において、スリット光束を走査して被検眼眼底に投影する投影光学系と、被検眼角膜と略共役な位置に置かれスリット光束のスリット方向に対して所期する関係で配置された受光素子と異なる所定の位置で選択的に光束を絞る開口絞りとを持つ受光光学系と、前記受光光学系による屈折力検出範囲を変えるために前記開口絞りの位置を選択する選択手段と、前記開口絞りを通過してくる眼底からの反射光を受光する受光素子の出力信号及び開口絞りの位置に基づいて屈折力を得る屈折力演算手段と、を備えるとともに、前記受光光学系が備える受光素子は光軸からの高さが異なるように複数対設けられており、前記屈折力演算手段により得られる光軸寄りの受光素子の測定結果に基づいて前記選択手段の選択動作を制御する選択制御手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は装置の光学系の概略構成を示す図である。光学系は測定光学系と固視標光学系に別けて説明する。なお、本装置はアライメント光学系、観察光学系を有するが、本発明と関連が薄いので、その説明は省略している。
【００１７】
＜測定光学系＞測定光学系は投影光学系１と受光光学系１０から構成される。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はモータ４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３の側面には多数のスリット開口３ａが設けられている。５は投影レンズであり、光源２は投影レンズ５に関して被検眼角膜近傍と共役な位置に位置する。６はビームスプリッタである。光源２を発した赤外の光は、回転セクター３のスリット開口３ａを照明する。回転セクター３の回転により走査されたスリット光束は、投影レンズ５を経た後にビームスプリッタ６で反射される。その後、固視標光学系の光軸を同軸にするビームスプリッタ７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。
【００１８】
受光光学系１０の光路上には、受光レンズ１１、３つの絞り１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、受光部１３が配置されている。絞り１２ａ，１２ｂ，１２ｃは開口径が可変であり、測定時にはいずれかが選択的に所定の径に絞れ込まれる。また、この３つの絞り１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、受光レンズ１１に関して順に、−５［Ｄ（ディオプタ）］の近視眼眼底と共役な位置、０［Ｄ］の正視眼眼底と共役な位置、＋５［Ｄ］の遠視眼眼底と共役な位置にそれぞれ位置している。受光部１３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（又は瞳と略共役）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は光軸Ｌ１を通る経線上に位置し、受光素子１５ａと１５ｂ、受光素子１５ｃと１５ｄ、受光素子１５ｅと１５ｆがそれぞれ光軸Ｌ１を挟んで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、角膜における経線方向の異なる高さ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Ｌ１を中心に受光素子１５ａ〜１５ｆと直交する経線上で対称になるように設けられている。
【００１９】
このような構成の測定光学系は、投影光学系１のスリット照明光源２からモータ４までが光軸Ｌ２を中心に、受光部１３が光軸Ｌ１を中心に同期して回転するようになっている。そして、受光部１３上の受光素子１５ａ〜１５ｆの位置する方向が、被検眼に投影されるスリット光束の長手方向と直交するように設定されている。
【００２０】
＜固視標光学系＞２０は固視標光学系であり、２１は可視光源、２２は固視標、２３は投光レンズである。投光レンズ２３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。光源２１は固視標２２を照明し、固視標２２からの光束は投光レンズ３３を経た後、ビームスプリッタ７で反射して被検眼Ｅに向かい、被検眼Ｅに固視標２２を固視させる。
【００２１】
次に、眼屈折力の測定方法について説明する。まず、絞り（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の各位置と光軸Ｌ１から異なる高さで配置された受光素子（１５ａ〜１５ｆ）による測定範囲の関係を、図３〜図６に基づいて説明する。
【００２２】
図３は、受光光学系に配置される絞りと受光素子とを被検眼へ投影したときの模式図を示す。図において、３０は０［Ｄ］の正視眼眼底と共役な位置に配置された絞り１２ｂの絞り像とする。すなわち、被検眼が正視眼なら絞り像３０の位置に眼底があることになり、言い換えれば、被検眼の屈折力により絞り像３０の位置が変化することになる。３１ａと３１ｂは、受光素子１５ａ〜１５ｆの内の一対の受光素子像とし、光軸Ｌ１からそれぞれｈｄ’の高さで被検眼瞳に投影されているものとする。
【００２３】
いま、瞳面から眼底までの距離がｌである被検眼に、スリット光が開き角±ωで走査されて照射されたとすると、眼底でのスリット光走査範囲は±ｌ_ωとなる。このスリット光の走査により点ＲＡにスリット光が来ると、受光素子像３１ａに対応する受光素子の受光量の時間波形がピークを示ようになり、点ＲＢにスリット光が来ると、受光素子像３１ｂに対応する受光素子の受光量の時間波形がピークを示すようになる。すなわち、眼底でスリット光が走査される点ＲＡ −点ＲＢ間が位相差に対応する。このことより被検眼の屈折力が０［Ｄ］からずれるほど、位相差が大きく生じ、眼底から受光素子像３１ａ、３１ｂへ入射する光の眼底での位置が外側へ寄っていく（点ＲＡ −点ＲＢ間が広がっていく）ことが分かる。また、受光素子像３１ａ、３１ｂの光軸Ｌ１からの高さが高くなるほど、この傾向は強くなる。よって、位相差は受光素子像３１ａ，３１ｂの高さ（ｈｄ’）、及び被検眼屈折力に比例する関係がある。
【００２４】
以上のことから、実施例のように高さが異なる３対の受光素子１５ａ〜１５ｆを配置した場合、それぞれの対をなす受光素子が検出する位相差と被検眼屈折力との関係は、図４に示すようになる（絞りは０［Ｄ］の正視眼眼底と共役な位置に配置したとする）。図４において、グラフＤｅｔ１は最も内側の受光素子１５ａ，１５ｂによるものを示し、グラフＤｅｔ２は受光素子１５ｃ，１５ｄによるもの示し、グラフＤｅｔ３は外側の受光素子１５ｅ，１５ｆによるもの示す。
【００２５】
ここで、投光光学系による眼底でのスリット光走査範囲±ｌ_ωとの関係を見てみると、各受光素子が検出できる位相差の範囲は、範囲±ｌ_ωの内側に対応する範囲±ｌ_ω´のところまでとなる。したがって、各グラフＤｅｔ１〜Ｄｅｔ３で示される各受光素子の測定範囲にはそれぞれ限界があり、光軸Ｌ１から離れた位置に配置される受光素子ほどその測定範囲は狭くなっている。
【００２６】
ここまでは、正視眼眼底と共役な位置に配置される絞り１２ｂを使用した場合について見てきたが、前述のように位相差は受光素子像の高さ（ｈｄ’）、及び被検眼屈折力に比例する関係があり、絞り１２ｂの位置を他に移動しても位相差の原点が変わるのみでその関係は変化しない。つまり、−５［Ｄ］の近視眼眼底と共役な位置に配置される絞り１２ａを使用した場合、各対の受光素子が検出する位相差と被検眼屈折力との関係は、図５のように、位相差が０となる原点が−５［Ｄ］の屈折力のところにシフトしたことになる。そして、スリット光走査範囲±ｌ_ωの内側に対応する各対の各受光素子の測定範囲も同じ様にシフトする。また、＋５［Ｄ］の遠視眼眼底と共役な位置に配置される絞り１２ｃを使用した場合は、図６のように、位相差が０となる原点が＋５［Ｄ］の屈折力のところにシフトし、各対の各受光素子の測定範囲もシフトする。
【００２７】
以上のことから光軸上の絞りの位置（実施例では１２ａ〜１２ｃ）を適宜使い分けることにより、測定範囲を屈折力上でずらし、測定可能範囲を拡大することができる。
【００２８】
次に、受光素子１５ｇ，１５ｈと屈折力測定の関係を説明する。本実施例での屈折力測定では、受光素子１５ｇ，１５ｈの出力信号から受光素子１５ａ〜１５ｆの位置する経線方向の角膜中心（または視軸中心）を求め、その中心に対して各受光素子１５ａ〜１５ｆの対応する角膜部位での屈折力を求める。説明を簡単にするために、最も光軸寄りの受光素子１５ａ，１５ｂの対のものを例にとって説明する。
【００２９】
いま、投影光学系によるスリット光が定速度で走査され、眼底から反射したスリット像が各受光素子１５ａ，１５ｂ，１５ｇ，１５ｈを横切るときのその信号出力波形が図７のようになったとする。これは、被検眼が遠視または近視の状態でかつ乱視を持つ場合である。
【００３０】
さて、位相差法による屈折力測定では、屈折力が角膜中心に対称であると仮定したときには、図７（イ）の受光素子１５ａからの波形信号と（ロ）の受光素子１５ｂからの波形信号との位相差に対応させることにより、受光素子１５ａと１５ｂとの間の屈折力を得ることができる。しかし、屈折力は必ずしも角膜中心（または視軸中心）に対称であるとは限らない。そこで、以下のようにして、受光素子１５ｇと１５ｈの出力信号から受光素子１５ａと１５ｂが配置される経線方向における中心（つまり、角膜中心に相当する位置）を求め、この中心と各受光素子１５ａ、１５ｂからの信号との位相差を求めることで各受光素子に対応する各々の角膜部位での屈折力を求めることができる。
【００３１】
まず、各受光素子から出力される信号に対してあるスラッシュレベルで２値化処理し、それぞれ整形されるパルス波幅の半分の位置での基準時間ｔ０からの時間を検出する。すなわち、基準時間ｔ０に対する各受光素子のパルス波幅の半分までの時間ｔａ３、ｔｂ３、ｔｇ３、ｔｈ３は、図７より、
ｔａ３＝ｔａ１＋ｔａ２／２
ｔｂ３＝ｔｂ１＋ｔｂ２／２
ｔｇ３＝ｔｇ１＋ｔｇ２／２
ｔｈ３＝ｔｈ１＋ｔｈ２／２
となり、基準時間ｔ０に対する受光素子１５ａと１５ｂの中心は、
（ｔｇ３＋ｔｈ３）／２
で求めることができる。したがって、受光素子１５ａの位置から求められた中心までの時間差をＴａ、中心から受光素子１５ｂの位置までの時間差をＴｂとすると、
Ｔａ＝（ｔｇ３＋ｔｈ３）／２−ｔａ３
Ｔｂ＝ｔｂ３−（ｔｇ３＋ｔｈ３）／２
となり、この時間差Ｔａ、Ｔｂを屈折力に対応させることにより、受光素子１５ａ、１５ｂに相当する所定の角膜部位での角膜中心に対する屈折力を求めることができる。
【００３２】
同様に、これを他の受光素子１５ｃ〜１５ｆについても適用することにより、異なる高さでの角膜中心に対するそれぞれの屈折力を得ることができる。そして、投影光学系１と受光部１３を同期して光軸回りに１８０度回転させると、全経線方向の屈折力を求めることができる。
【００３３】
次に、実施例の装置の動作を図８の信号処理系のブロック図を使用して説明する。測定を開始するに当たっては、正視眼眼底と共役な位置の絞り１２ｂが駆動装置５１ｂにより所定の径に絞り込まれ、他の絞り１２ａ、１２ｃは駆動装置５１ａ，５１ｃにより開放されている。これは電源投入時や被検眼の左右切り替え時、プリントアウト等の測定終了時、等の信号に基づいて行われるようにしておけば良い。この状態で、制御回路５０にトリガ信号が入力されると、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い、得られた屈折力に基づいて固視標光学系の投光レンズ２３を移動し固視標２２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。このときの測定は、最も測定範囲が広い最も内側の受光素子１５ａ，１５ｂによる結果を使用する。
【００３４】
また、制御回路５０は予備測定により得られる結果から、最も適切な測定範囲を確保できるように、絞り１２ａ〜１２ｃから次の測定に使用するものを選択する。例えば、測定結果が−４［Ｄ］より近視側であれば、絞り１２ａの径が絞り込まれ、＋４［Ｄ］より遠視側であれば、絞り１２ｃの径が絞り込まれ、その他の絞りは開放された状態にする。いずれの絞りを使用するかは、予備測定（あるいは一つ前の測定）の屈折力の結果に対応させように予め設定しておけば良い。
【００３５】
測定の実行に際しては、投影光学系１からはスリット開口３ａ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。眼底で反射され光は、上記のように切換えられた絞り１２ａ〜１２ｃを通過し、受光部１３上に届く。受光部１３上では眼底で反射された光が被検眼Ｅの屈折力に応じて横切るように移動する。
【００３６】
受光部１３上での光の移動に伴い、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〜４６ｈへ出力する。
【００３７】
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。
【００３８】
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、前述のように測定経線方向の角膜中心の時間を求める。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。
【００３９】
一経線における各角膜部位での時間差が得られたら、これと測定に使用した絞り（１２ａ〜１２ｃ）の位置とに基づいて屈折力に換算する。位相差法により検出される時間差と屈折力との間には所定の関係があるので、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、それぞれの絞りの位置と時間差に対応した屈折力値を容易に得ることができる。
【００４０】
次に、投影光学系１のスリット照明光源２からモータ４までと受光部１３を同期して回転させるモータ５２を駆動し、それら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（球面度数）、Ｃ（乱視度数）、Ａ（乱視軸）も算出される。
【００４１】
このようにして経線ごとの複数の高さ位置での眼屈折力が得られると、表示用ディスプレイ５３には屈折力分布をカラーマップ化した図形や、島立体表示にした図形が表示される。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。
【００４２】
以上の実施例では、絞り（１２ａ〜１２ｃ）を３つ使用するものとしたが、もちろんそれより多くして、さらに測定可能範囲を広げるようにしても良い。また、所定の屈折力を持つ遠視眼及び近視眼の眼底と共役となる２か所の位置に配置し、各絞りによる測定範囲が連続するようにすれば、機構を簡略しつつある程度広い測定範囲を確保することもできる。
【００４３】
また、絞り（１２ａ〜１２ｃ）の機構としては、図９に示すように、所定の径の孔を持つ絞り板１２´を光路中に抜き差しして切換える機構にすることもできる。さらに、絞りの切換えは手動やスイッチ操作で行えるようにしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絞りの位置を使い分けることにより、屈折力の測定範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の装置の光学系の概略構成を示す図である。
【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】受光光学系に配置される絞りと受光素子とを被検眼へ投影したときの模式図を示す。
【図４】０［Ｄ］の正視眼眼底と共役な位置に配置される絞り１２ｂを使用した場合の、各対の受光素子が検出する位相差と被検眼屈折力との関係を示した図である。
【図５】−５［Ｄ］の近視眼眼底と共役な位置に配置される絞り１２ａを使用した場合の、各対の受光素子が検出する位相差と被検眼屈折力との関係を示した図である。
【図６】＋５［Ｄ］の遠視眼眼底と共役な位置に配置される絞り１２ｃを使用した場合の、各対の受光素子が検出する位相差と被検眼屈折力との関係を示した図である。
【図７】眼底から反射したスリット像が各受光素子１５ａ，１５ｂ，１５ｇ，１５ｈを横切るときの、その信号出力波形の例を示した図である。
【図８】実施例の装置の信号処理系のブロック図を示す図である。
【図９】絞りの機構の変容例を示す図である。
【符号の説明】
１投影光学系
１０受光光学系
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ絞り
１５ａ〜１５ｈ受光素子
５０制御回路
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ駆動装置

Claims

被検眼眼底へスリット光束を走査して投影する投影光学系と、被検眼角膜と略共役な位置に配置され、スリット光束の方向に対して所定の関係となるように配置された対の受光素子とを持つ受光光学系と、を有し、対となる受光素子の時間差を得てその時間差から被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置において、それぞれ所定の屈折力の被検眼眼底と共役な位置である複数の挿入位置から、１つの挿入位置が選択されて配置される開口絞りと、屈折力の予備測定の結果に基づいて、前記複数の位置から１つの位置を選択して、前記開口絞りの配置位置を選択する選択手段と、開口絞りを通過した眼底反射光を検出した受光素子の出力信号及び選択された開口絞りの位置に基づいて被検眼の屈折力を求める屈折力演算手段と、を備えることを特徴とする眼屈折力測定装置。
被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置において、スリット光束を走査して被検眼眼底に投影する投影光学系と、被検眼角膜と略共役な位置に置かれスリット光束のスリット方向に対して所期する関係で配置された受光素子と異なる所定の位置で選択的に光束を絞る開口絞りとを持つ受光光学系と、前記受光光学系による屈折力検出範囲を変えるために前記開口絞りの位置を選択する選択手段と、前記開口絞りを通過してくる眼底からの反射光を受光する受光素子の出力信号及び開口絞りの位置に基づいて屈折力を得る屈折力演算手段と、を備えるとともに、前記受光光学系が備える受光素子は光軸からの高さが異なるように複数対設けられており、前記屈折力演算手段により得られる光軸寄りの受光素子の測定結果に基づいて前記選択手段の選択動作を制御する選択制御手段を備えることを特徴とする眼屈折力測定装置。