JP3805227B2

JP3805227B2 - 眼光学特性測定装置

Info

Publication number: JP3805227B2
Application number: JP2001308963A
Authority: JP
Inventors: 克彦小林; 裕美高橋
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP2003111729A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼の光学特性を測定する為の、眼光学特性測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の被検眼の光学特性を測定する装置としては、被検眼の網膜に微小点光源を投影し、被検眼の角膜から射出される光束の波面を例えばハルトマン絞りを利用した波面センサ等で検出して、角膜から網膜に至る眼球光学系の高次の収差を含む光学特性を検出する装置が知られている。
【０００３】
然し乍ら、被検眼が像を観察する際、被検者によって認識される像の特性は、角膜から網膜に至る眼球光学系だけではなく、網膜の光伝達関数により影響を受ける。一方、網膜では一部が網膜表層部に侵入することで見られる散乱反射と網膜表面で反射される鏡面反射があり、網膜により散乱反射される光束での光伝達関数に関しては被検者が認識できる像の特性には影響を与えず、又網膜により鏡面反射される光束での光伝達関数が被検者が認識できる像の特性に影響を与えることが本出願人により実験的に確かめられつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、従来の眼光学特性測定装置では、この網膜により鏡面反射される光束での網膜の光伝達関数を測定することはできなかった。この為、被検者が認識する像の特性を他覚的には正確には認識することができなかった。
【０００５】
本発明は斯かる実情に鑑み、被検者が認識できる像の特性に影響を与える網膜の光伝達関数の測定を可能とし、更に被検者が認識する像の特性を他覚的に正確に認識可能とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検眼網膜に光源像を投影する手段と、前記光源像の反射光束を受光する受光素子と、前記光源像の反射光束の内、鏡面反射成分の光束により受光素子上に光源像を形成する光学系と、前記受光素子からの信号に基づき前記光源像の光量分布特性を検出する光量分布特性検出手段と、被検眼網膜に投影した光源像からの光束で被検眼角膜から射出される光束の波面特性を検出する手段と、前記光量分布特性と前記波面特性とから鏡面反射光束による網膜の光伝達関数を演算する演算部とを具備する眼光学特性測定装置に係り、又被検眼網膜に光源像を投影する手段と、前記光源像の反射光束を受光する受光素子と、前記光源像の反射光束の内、鏡面反射成分の光束により受光素子上に光源像を形成する光学系と、前記受光素子からの信号に基づき前記光源像の光量分布特性を検出する光量分布特性検出手段と、前記被検眼について測定された既知の波面特性と検出された前記光量分布特性とから鏡面反射光束による網膜の光伝達関数を演算する演算部とを具備する眼光学特性測定装置に係るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
先ず、図１、図２を参照して本発明の原理を説明する。
【０００９】
本発明は、波面検出機構によって求められる角膜から網膜に至る眼球光学系のシングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）とスプレッドファンクション（ＰＳＦ）検出機構によって求められる網膜と眼球光学系の特性を含むダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）に基づき被検眼網膜の光学特性（ＭＴＦ）を求めるものである。
【００１０】
前記波面検出機構の概略を図１により説明する。
【００１１】
図１中、１は被検眼、２は網膜を示している。
【００１２】
投影光学系３より射出された光束４は、ハーフミラー等の偏向部材５により被検眼１に向けられ、網膜２上に充分小さい点光源が投影される。該網膜２で反射された反射光束は、角膜６、前記偏向部材５を透過し、受光光学系７によりＣＣＤ等の２次元の受光素子８に導かれる。前記受光光学系７はマイクロレンズ９が碁盤目状に配設されたレンズアレイ１０を具備し、前記角膜６、前記偏向部材５を透過した反射光束が、前記レンズアレイ１０を透過することで、複数の小光束１１に分割され、各小光束１１は個々に前記受光素子８に結像される。前記小光束１１の結像位置は角膜から網膜に至る眼球光学系の特性の影響を受ける。
【００１３】
従って、前記角膜６の形状が正常であった場合に前記小光束１１が結像される前記受光素子８上の本来の位置と、前記被検眼１の網膜２からの小光束１１の結像位置とのずれδを検出し、ずれδの情報を基に、眼球光学系の網膜２に点光源を置いた場合の、角膜から射出される光束の波面形状が計測される。尚、この計測結果は純粋に眼球光学系のみに起因し、網膜の特性には起因しない。
【００１４】
又、前記計測結果は、瞳位置での（ｘ，ｙ）座標に対してｚ軸方向にどれだけ波面がずれているかを示す波面収差である。これを瞳関数Ｗ（ｘ，ｙ）とすると、瞳関数Ｗの自己相関が光伝達関数（ＯＦＴ：ＯｐｔｉｃａｌＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）であるから、その絶対値が眼球光学系シングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）となる。
【００１５】
Ｅ（Ｕ，Ｖ）＝｜∫∫_- _∞ ^∞ ｗ（ｘ＋Ｕ／２，ｙ＋Ｖ／２）×ｗ^*（ｘ−Ｕ／２，ｙ−Ｖ／２）ｄｘｄｙ｜（１）
【００１６】
但し、ｗ^*はｗの複素共役を表す。又、図１中、Ｒ（Ｕ，Ｖ）は網膜のＭＴＦを示している。尚、図１中、中央の３本の波線は前記角膜６から射出される光束の波面を模式的に表している。
【００１７】
次に、図２に於いて、スプレッドファンクション（ＰＳＦ）検出機構の概略を説明する。
【００１８】
図２中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付している。
【００１９】
充分小さい点光源ｏから発せられた投影光束は投影光学系３により被検眼１に導かれ、網膜２に結像する。該網膜２で鏡面反射された反射光束は受光光学系７により受光素子８に導かれ結像する。又、鏡面反射された光束は眼球光学系の光学特性と、網膜の光学特性の影響を受ける。
【００２０】
ここで、点光源ｏ（ｘ，ｙ）、眼球光学系の往路の振幅透過率ｐ１（ｘ，ｙ）、網膜の振幅透過率ｒ（ｘ，ｙ）、眼球光学系の復路の振幅透過率ｐ２（ｘ，ｙ）とすると、前記受光素子８上に得られる反射光束は前記被検眼１を２度通過したものであり、従って、前記受光素子８上に得られるダブルパスＰＳＦイメージｉ（ｘ，ｙ）は、前記した点光源ｏ（ｘ，ｙ）、眼球光学系の往路の振幅透過率ｐ１（ｘ，ｙ）、鏡面反射光束による網膜の振幅透過率ｒ（ｘ，ｙ）、眼球光学系の復路の振幅透過率ｐ２（ｘ，ｙ）これら全てのコンボリューション積分の結果として表される。
【００２１】
ｉ（ｘ，ｙ）＝ｏ（ｘ，ｙ）※ｐ１（ｘ，ｙ）※ｒ（ｘ，ｙ）※ｒ（ｘ，ｙ）※ｐ２（ｘ，ｙ）
両辺をフーリエ変換すると、網膜と眼球光学系の特性を含むダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）（Ｉ（Ｕ，Ｖ））が得られる。
【００２２】
Ｉ（Ｕ，Ｖ）＝Ｏ（Ｕ，Ｖ）×Ｐ１（Ｕ，Ｖ）×Ｒ（Ｕ，Ｖ）×Ｒ（Ｕ，Ｖ）×Ｐ２（Ｕ，Ｖ）（２）
【００２３】
ここで、前記点光源ｏは充分に小さいので、Ｏ（Ｕ，Ｖ）＝１と置くことができ、又、Ｐ１（Ｕ，Ｖ）とＰ２（Ｕ，Ｖ）は等しいので、
Ｐ１（Ｕ，Ｖ）＝Ｐ２（Ｕ，Ｖ）＝Ｐ（Ｕ，Ｖ）と置けば、前記数式（２）は、
Ｉ（Ｕ，Ｖ）＝｛Ｐ（Ｕ，Ｖ）×Ｒ（Ｕ，Ｖ）｝²
従って、
Ｒ（Ｕ，Ｖ）＝√｛Ｉ（Ｕ，Ｖ）｝／Ｐ（Ｕ，Ｖ）（３）
【００２４】
更に、Ｐ（Ｕ，Ｖ）は、前記波面検出機構によって求めた、網膜２の光学特性を含まない眼球光学系のシングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）、即ちＥ（Ｕ，Ｖ）であるから、
Ｐ（Ｕ，Ｖ）＝Ｅ（Ｕ，Ｖ）（４）
【００２５】
従って、数式（３）、数式（４）より、
Ｒ（Ｕ，Ｖ）＝√｛Ｉ（Ｕ，Ｖ）｝／Ｅ（Ｕ，Ｖ）（５）
【００２６】
即ち、
網膜のＭＴＦ＝√（ＰＳＦ検出機構から求めたダブルパスＭＴＦ）／（波面検出機構から求めたシングルパスＭＴＦ）（６）
として、鏡面反射光束による網膜のＭＴＦを求めることができる。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態について図３を参照して説明する。尚、図３中、図１、図２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２８】
投影光学系３は光源２１、該光源２１から発せられた投影光束を集光する投影レンズ２２、該投影レンズ２２の光軸に対して挿脱可能であり、第１の偏光方向の直線偏光成分（Ｓ直線偏光）を透過する第１偏光板２６、前記投影レンズ２２の光軸上に配設されたハーフミラー２３、該ハーフミラー２３を透過した投影光束を被検眼１に向け反射して投影するハーフミラー５、該ハーフミラー５の投影光軸に該ハーフミラー５側から配設されたリレーレンズ２４、対物レンズ１２、該対物レンズ１２と、光軸に対して挿脱可能に設けられた１／４波長板１３、前記被検眼１の瞳１８と略共役な位置（共役な位置を含む）に配設され、投影光軸に対して挿脱可能な開口絞り１４を有する。該開口絞り１４は前記被検眼１を通過する光束の部位を規定する。
【００２９】
更に、前記ハーフミラー２３に対向して固視標１５、集光レンズ１６を有する固視標系１７が配設されている。前記光源２１、固視標１５は前記被検眼１の網膜と共役な位置にあり、後述する様に、前記光源２１、固視標１５は網膜２に結像する。尚、前記光源２１と投影レンズ２２とは一体に構成され、後述の合焦レンズ１９と連動して光軸方向に沿って及び光軸に直交する面内で移動可能となっている。
【００３０】
受光光学系７は、前記ハーフミラー５、該ハーフミラー５の投影光軸に配設された前記リレーレンズ２４、対物レンズ１２、１／４波長板１３を前記投影光学系３と共用している。
【００３１】
前記ハーフミラー５を透過する反射光軸上には反射光軸に沿って移動可能な合焦レンズ１９が設けられ、又前記Ｓ直線偏光とは９０°偏光方向が異なるＰ直線偏光を透過する第２偏光板２７が挿脱可能に設けられ、更に反射光軸上には結像レンズ２０が配設され、該結像レンズ２０は前記被検眼１の網膜と共役な位置にある受光素子８上に反射光束を結像させる。又、前記結像レンズ２０はレンズアレイ１０と置換可能となっており、該レンズアレイ１０に置換された場合、該レンズアレイ１０により前記網膜２からの反射光束が所定の小光束１１に分割され、それぞれの小光束１１は前記受光素子８へ結像される。
【００３２】
該受光素子８からの受光信号は信号処理部３０を介して記憶部３１に記憶される。前記信号処理部３０から前記記憶部３１へのデータの書込みは制御部３２によって制御され、該制御部３２は前記記憶部３１に記憶されたデータを基に所要の演算をし、又演算結果を表示部３３に表示する。
【００３３】
以下、上記光学系の作用について説明する。
【００３４】
前記合焦レンズ１９を基準位置（正視眼で合焦する状態）とし、前記被検眼１に前記固視標１５を注視させる。ここで、該固視標１５を光軸上に配置すれば、眼底網膜の黄斑部中心窩での測定が行われる。又、前記固視標１５を光軸と直交する面内で光軸外に移動させることにより被検眼の視線方向を変えれば、網膜上の所望部位での測定が可能である。
【００３５】
前記被検眼１に前記固視標１５を注視させた状態で、前記投影光学系３により投影光束が網膜２に投影される。尚、前記固視標１５に関しては、可視光が用いられ、前記投影光束については赤外光又は可視光が用いられる。
【００３６】
先ず、前記１／４波長板１３、開口絞り１４、結像レンズ２０、第１偏光板２６、第２偏光板２７が退出し、前記レンズアレイ１０が挿入されている状態で、眼球光学系のシングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）が求められる。
【００３７】
前記光源２１からの投影光束が前記投影レンズ２２、ハーフミラー２３を透過して前記ハーフミラー５に至り、該ハーフミラー５で反射され、前記リレーレンズ２４を経て前記対物レンズ１２により前記被検眼１の網膜２に投影され、該網膜２上に略点光源像として結像される。
【００３８】
前記網膜２の点光源像から発せられた光束は、前記対物レンズ１２、リレーレンズ２４、ハーフミラー５、合焦レンズ１９を透過し、前記レンズアレイ１０に入射する。該レンズアレイ１０で所定数の小光束１１に分割され、更に前記受光素子８に結像される。
【００３９】
上記した様に、前記被検眼１の眼球光学系の特性によって前記小光束１１個々の結像位置が基準の位置よりずれる。前記受光素子８の受光信号は前記信号処理部３０を経て前記記憶部３１に記憶され、更に前記制御部３２により個々の結像位置のずれδが求められ、更にずれδより前記眼球光学系のシングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）、即ちＥ（Ｕ，Ｖ）が演算される。
【００４０】
次に、網膜と眼球光学系の特性を含むダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）が求められる。
【００４１】
該ダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）を検出する場合は、上記した様に網膜２での鏡面反射された光束が用いられる。
【００４２】
前記１／４波長板１３、開口絞り１４、第１偏光板２６、第２偏光板２７を光軸に挿入し、前記レンズアレイ１０を前記結像レンズ２０に置換する。
【００４３】
尚、前記合焦レンズ１９は、眼球光学系のシングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）と同条件、例えば上記したと同様な基準位置とし、前記被検眼１に前記固視標１５を注視させる。
【００４４】
前記被検眼１に前記固視標１５を注視させた状態で、前記投影光学系３により投影光束が網膜２に投影される。尚、前記固視標１５に関しては、前記したのと同様に可視光が用いられ、前記投影光束については赤外光又は可視光が用いられる。
【００４５】
前記光源２１からの投影光束が前記投影レンズ２２、第１偏光板２６、ハーフミラー２３を透過して前記ハーフミラー５に至る。前記第１偏光板２６はＳ直線偏光を透過することで、前記ハーフミラー５によりＳ直線偏光が反射され、前記リレーレンズ２４、開口絞り１４を経て前記対物レンズ１２により前記１／４波長板１３を経て前記被検眼１の網膜２に投影され、該網膜２上に第１指標像が結像される。
【００４６】
Ｓ直線偏光が前記１／４波長板１３を透過することで、右円偏光となる。前記被検眼１の網膜２で投影光束が鏡面反射され、鏡面反射光束は網膜２で反射されることで左円偏光となる。更に、鏡面反射光束が前記１／４波長板１３を透過することで、前記Ｓ直線偏光とは偏光方向が９０°異なるＰ直線偏光となる。
【００４７】
Ｐ直線偏光は前記対物レンズ１２、リレーレンズ２４により前記ハーフミラー５に導かれ、該ハーフミラー５、合焦レンズ１９を透過し、前記第２偏光板２７に至る。該第２偏光板２７はＰ直線偏光を透過するので、前記鏡面反射光束は前記結像レンズ２０により前記受光素子８上に第２次指標像として結像される。
【００４８】
ところで、前記被検眼１の網膜２に投影された投影光束は網膜２で全て鏡面反射されるわけではなく、一部は網膜２表面から表層内部に侵入し、散乱反射される現象、所謂にじみ反射が発生する。この散乱反射光束が、鏡面反射光束と共に前記受光素子８に受光されると、第２次指標像の光量強度分布のノイズとなり、正確な眼球光学系の眼光学特性が測定できない。
【００４９】
斯かる散乱反射による光束の偏光状態はランダム状態である。この為、前記１／４波長板１３を透過し、直線偏光となった場合にＰ直線偏光と合致するものは限られた部分に限定され、前記ハーフミラー５により散乱反射光束でＰ直線偏光と合致するもの以外は反射される。従って、被検眼１の網膜２で全反射されたＰ直線偏光分に対して散乱反射光束によるＰ直線偏光分の比率は無視できる程度に小さくなる。
【００５０】
従って、前記受光素子８が受光するのは実質上散乱反射光束分が除去された鏡面反射光束となる。而して、前記１／４波長板１３を投影光学系３、受光光学系７の構成要素とすることで、正確な眼球光学系の眼光学特性測定を可能とする。
【００５１】
前記受光素子８が受光した第２次指標像の光量強度分布は、網膜２及び眼球光学系の特性を含むダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）であり、前記受光素子８の受光信号からダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）が検出される。
【００５２】
而して、ダブルパス眼光学特性（ＭＴＦ）が求められ、鏡面反射光束による網膜のＭＴＦは、上記数式（６）より、
網膜のＭＴＦ＝√（ＰＳＦ検出機構から求めたダブルパスＭＴＦ）／（波面検出機構から求めたシングルパスＭＴＦ）
として求められる。
【００５３】
尚、上記実施の形態では、波面検出機構によりシングルパス眼光学特性（ＭＴＦ）を測定しているが、心理物理的な自覚測定方法等により算出された眼球光学系の眼光学特性（ＭＴＦ）値を用いて演算しても良い。
【００５４】
又、上記実施の形態では、同一の眼光学特性測定装置に波面検出機構、スプレッドファンクション検出機構を組込んでいるが、いずれか一方の機構のみを有し、演算装置としては、他方は既知のデータを入力することで、網膜のＭＴＦを演算する機能を具備してもよい。或は、ＰＣ（パソコン）がスプレッドファンクション検出機構から求めたダブルパスＭＴＦと波面検出機構から求めたシングルパスＭＴＦに基づき網膜のＭＴＦを演算する機能を有し、各検出機構から個別に取得したデータをＰＣ（パソコン）に入力し、該ＰＣにより網膜のＭＴＦを求めてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、被検眼網膜に光源像を投影し、網膜からの反射光束の内、鏡面反射成分から求められる光量分布特性と、被検眼角膜から射出される光束によって得られる波面特性に基づき鏡面反射光束による被検眼網膜の光伝達関数を求めるので、被検者が認識できる像の特性に影響を与える網膜の光伝達関数を測定することができ、被検眼がどの様な像を認識できるのかを他覚的につかむことができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】波面検出機構の概略図である。
【図２】スプレッドファンクション（ＰＳＦ）検出機構の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す基本構成図である。
【符号の説明】
１被検眼
２網膜
３投影光学系
７受光光学系
８受光素子
１０レンズアレイ
１１小光束
１３１／４波長板
１５固視標
２１光源
２６第１偏光板
２７第２偏光板
３０信号処理部
３２制御部

Claims

被検眼網膜に光源像を投影する手段と、前記光源像の反射光束を受光する受光素子と、前記光源像の反射光束の内、鏡面反射成分の光束により受光素子上に光源像を形成する光学系と、前記受光素子からの信号に基づき前記光源像の光量分布特性を検出する光量分布特性検出手段と、被検眼網膜に投影した光源像からの光束で被検眼角膜から射出される光束の波面特性を検出する手段と、前記光量分布特性と前記波面特性とから鏡面反射光束による網膜の光伝達関数を演算する演算部とを具備することを特徴とする眼光学特性測定装置。
被検眼網膜に光源像を投影する手段と、前記光源像の反射光束を受光する受光素子と、前記光源像の反射光束の内、鏡面反射成分の光束により受光素子上に光源像を形成する光学系と、前記受光素子からの信号に基づき前記光源像の光量分布特性を検出する光量分布特性検出手段と、前記被検眼について測定された既知の波面特性と検出された前記光量分布特性とから鏡面反射光束による網膜の光伝達関数を演算する演算部とを具備することを特徴とする眼光学特性測定装置。