JP3821720B2 - 眼光学特性測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼眼底に投影された視標像の光量強度分布特性に基づき被検眼の視力値を推定演算可能な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、被検眼眼底に視標像を投影する為の視標投影系と、前記視標像を光電検出器上に導く為の受光光学系を有し、前記光電検出器に検出された視標像の光量強度分布に基づき、被検眼眼底に視標像を投影した場合に形成されるであろう眼底上のシミュレーション画像を演算し、この演算結果により、被検眼眼底上にどの様な画像が形成されるかを観察可能にした装置を本出願人が既に出願している。
【０００３】
この装置に於いては、実際に各種の視標像を投影しなくても、各種視標像がどの様な状態で被検眼眼底に投影されるかを演算により算出して観察できるという効果を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、この既に出願をしている装置に於いて、シミュレーションで得られた画像自体を観察できるという利点がある反面、被検眼の視力値に関しては観察結果から検者自身が視力値を推測しなければならず、正確な視力値を得ることは困難であるという問題を有していた。
【０００５】
本発明は斯かる実情に鑑み、従来の眼光学特性測定装置の有する問題点を解決することを目的とするものであり、被検者に視認結果を問うことなく、測定データより客観的に正確な視力値を得る様にするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検眼眼底に視標像を投影する為の視標投影系と、前記視標像を光電検出器に導く為の受光光学系と、前記光電検出器により検出された視標像の光量強度分布に基づき被検眼の眼球光学系の光伝達関数を算出する為の算出部と、前記光伝達関数と所定のスレッシュホールド値との交点により被検者の視力値を演算する演算部を具備する眼光学特性測定装置に係り、又前記光伝達関数は矩形波周波数特性である眼光学特性測定装置に係り、又前記スレッシュホールド値はモジュレーションスレッシュホールドである眼光学特性測定装置に係り、更に又前記モジュレーションスレッシュホールドは年代に応じて複数用意され、被検者に対応したモジュレーションスレッシュホールドが用いられ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、人眼の眼底組織について略述する。
【０００９】
図１は人眼の眼底組織の模式図を示しており、３１は視細胞層、３２は網膜色素上皮層、３３は脈絡膜、３４は強膜を示している。
【００１０】
前記視細胞層３１は前記網膜色素上皮層３２に対して垂直な繊維状の視細胞の集合である。前記視細胞層３１（視細胞）を透過した光束は、前記網膜色素上皮層３２により鏡面反射される一方、一部の光束は該網膜色素上皮層３２を透過し、その後方の前記脈絡膜３３、強膜３４で散乱反射される。但し、この散乱反射光は人が認識する像としては殆ど影響を与えない。
【００１１】
ここで、前記視細胞層３１に入射した光束が視細胞を透過する際、視細胞内で略全反射を繰返して透過することが実験上確かめられている。
【００１２】
図２は本実施の形態に係る眼光学特性測定装置の基本構成を示している。
【００１３】
図中、１は被検眼、２は投影光学系、３は受光光学系を示す。
【００１４】
前記投影光学系２は光源５、該光源５から発せられた投影光束を集光する投影レンズ６、該投影レンズ６の光軸上に配設されたハーフミラー７、該ハーフミラー７を透過した投影光束を前記被検眼１に向け第１の偏光方向の直線偏光成分（Ｐ直線偏光）を反射して投影すると共にＰ直線偏光とは偏光方向が９０°異なるＳ直線偏光を透過する偏光ビームスプリッタ８、該偏光ビームスプリッタ８の投影光軸上に該偏光ビームスプリッタ８側から配設されたリレーレンズ９、対物レンズ１１、該対物レンズ１１と前記被検眼１との間に配設され球面レンズで構成される矯正光学系１２、１／４波長板１３を有する。更に、前記ハーフミラー７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５、固視標１５は前記被検眼１の眼底と共役な位置にあり、後述する様に、前記光源５、固視標１５は眼底に結像する。尚、前記光源５と投影レンズ６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移動可能となっている。
【００１５】
前記受光光学系３は、前記偏光ビームスプリッタ８、該偏光ビームスプリッタ８の投影光軸上に配設された前記リレーレンズ９、対物レンズ１１、矯正光学系１２、１／４波長板１３を前記投影光学系２と共用している。
【００１６】
前記偏光ビームスプリッタ８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、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の眼底と共役な位置にある光電検出器２１上に反射光束を結像させる。
【００１７】
該光電検出器２１からの受光信号は信号処理部２６を介して記憶部２７に記憶される。前記信号処理部２６から前記記憶部２７へのデータの書込みは制御部２８によって制御され、又該制御部２８は視力演算部を有し前記記憶部２７に記憶されたデータを基に所要の演算をして推定視力値を演算し、又演算結果を表示部２９に表示する。
【００１８】
以下、上記光学系の作用について説明する。
【００１９】
前記合焦レンズ１９を基準位置とし、前記被検眼１に前記固視標１５を注視させる。この時、前記矯正光学系１２は矯正量０に設定する。
【００２０】
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２により投影光束が前記被検眼１の眼底に投影され、該被検眼１の眼底には点光源像が形成される。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が用いられる。
【００２１】
前記光源５からの投影光束（赤外光）が前記投影レンズ６、ハーフミラー７を透過して前記偏光ビームスプリッタ８に至り、該偏光ビームスプリッタ８でＰ直線偏光分が反射され、前記リレーレンズ９を経て前記対物レンズ１１、矯正光学系１２により前記１／４波長板１３を経て前記被検眼１の眼底に投影され、該眼底上に第１視標像が結像される。
【００２２】
Ｐ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の眼底で投影光束が全反射され、全反射光束は眼底で反射されることで左円偏光となる。更に、全反射光束が前記１／４波長板１３を透過することで、前記Ｐ直線偏光とは偏光方向が９０°異なるＳ直線偏光となる。
【００２３】
Ｓ直線偏光は前記矯正光学系１２、対物レンズ１１、リレーレンズ９により前記偏光ビームスプリッタ８に導かれる。該偏光ビームスプリッタ８はＰ直線偏光を反射し、Ｓ直線偏光を透過するので、前記全反射光束は該偏光ビームスプリッタ８を透過し、前記合焦レンズ１９、結像レンズ２０により前記光電検出器２１上に第２視標像として結像される。
【００２４】
ところで、前記被検眼１の眼底に投影された投影光束は眼底表面で全て鏡面反射されるわけではなく、一部は眼底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光電検出器２１に受光されると、第２視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。
【００２５】
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Ｓ直線偏光と合致するものは限られた部分に限定され、前記偏光ビームスプリッタ８により散乱反射光束でＳ直線偏光と合致するもの以外は反射される。従って、前記被検眼１の眼底で鏡面反射されたＳ直線偏光分に対して散乱反射光束によるＳ直線偏光分の比率は無視できる程度に小さくなる。
【００２６】
従って、前記光電検出器２１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２、受光光学系３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。前記制御部２８は前記光電検出器２１からの受光信号及び前記記憶部２７に記憶されたデータを基に光量強度分布特性、眼球光学系の光伝達関数を演算し、更に光伝達関数に基づき被検眼１の推定視力値を演算する。
【００２７】
以下の手順により、眼底光学特性を測定することができる。
【００２８】
ここで図３（Ａ）は眼底上に光束のピントが合った状態であり、図３（Ｂ）は眼底上に光束のピントが合っていない状態を示すが、前述した眼底の細部構造の影響により、いずれの状態でも前記被検眼１の眼球光学系の振幅透過率をＰ（ｘ，ｙ）、前記網膜色素上皮層３２での反射特性を含む視細胞の振幅透過率をＲ（ｘ，ｙ）、二次元検出器（光電検出器２１）からの受光信号に基づき演算され、測定される二次元検出器上の二次元光量強度分布をＩ（ｘ，ｙ）とすると下記式が成立する。

ここで、※はコンボルーション積分を意味する。
【００２９】
次に、（１）式の両辺をフーリエ変換する。
ここで、眼球光学系の光伝達関数をｐ（ｕ，ｖ）、視細胞の光伝達関数をｒ（ｕ，ｖ）、二次元検出器上の二次元光伝達関数をｉ（ｕ，ｖ）とすると下記式が成立する。
ＦＴ［Ｐ（ｘ，ｙ）］＝ｐ（ｕ，ｖ）
ＦＴ［Ｒ（ｘ，ｙ）］＝ｒ（ｕ，ｖ）
ＦＴ［Ｉ（ｘ，ｙ）］＝ｉ（ｕ，ｖ）
従って、（１）式をフーリエ変換すると、
ｐ（ｕ，ｖ）×｛ｒ（ｕ，ｖ）｝² ×ｐ（ｕ，ｖ）＝ｉ（ｕ，ｖ） （２）
となる。
従って、略下記式が成立する。
［ｐ（ｕ，ｖ）ｒ（ｕ，ｖ）］² ＝ｉ（ｕ，ｖ） （３）
従って、
ｐ（ｕ，ｖ）ｒ（ｕ，ｖ）＝√［ｉ（ｕ，ｖ）］ （４）
となる。
ここで、｜ＦＴ［Ｉ（ｘ，ｙ）］｜＝ｉ（ｕ，ｖ） （５）
であるから、測定される二次元検出器上の二次元光量強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換し、（５）式でｉ（ｕ，ｖ）を求め、（４）式に代入して眼球光学系と視細胞の光伝達関数ｐ（ｕ，ｖ）ｒ（ｕ，ｖ）を算出する。
【００３０】
以下、この光伝達関数に基づき、被検眼の視力値を推定する為の演算方法に関して述べる。
【００３１】
ここで前述の式で計算され得られる光伝達関数ｐ（ｕ，ｖ）ｒ（ｕ，ｖ）は、正弦波の光量強度分布に対するものであり、正弦波チャートに対する眼の周波数特性は、いわゆるＭＴＦと呼ばれる。以下、前記光伝達関数を一次元関数として、
ＭＴＦ（ｕ）＝ｐ（ｕ）ｒ（ｕ）とする。 （６）
【００３２】
一方視力値を判断する場合、例えば視力検査用視標として用いられる白黒ランドルト環であれば、切れ目をどの程度の大きさまで認識できるかを測定するものであるので、切れ目の大きさには矩形波の光量強度分布が対応する。
【００３３】
ここで、矩形波チャートに対する眼の周波数特性（光伝達関数）は、Ｓｑｕａｒｅ- ＭＴＦ（矩形波周波数特性）（以下、Ｓ- ＭＴＦという）と呼ばれる。視力を測定する場合は、矩形波チャートに対する周波数特性に基づいて測定されるので、上記正弦波チャートに対する眼の周波数特性、ＭＴＦをＳ- ＭＴＦに換算する必要がある。
【００３４】
上記Ｓ- ＭＴＦ（ｕ）は、上記（６）式に基づき下記（７）式で演算される。Ｓ- ＭＴＦ（ｕ）＝４／π｛ＭＴＦ（ｕ）−（ＭＴＦ（３ｕ））／３＋（ＭＴＦ（５ｕ））／５−（ＭＴＦ（７ｕ））／７＋・・・｝ （７）
【００３５】
この（７）式の演算結果を示したのが図４に示されるＳ- ＭＴＦ曲線であり、図中縦軸はＳ- ＭＴＦ値を示し、横軸は周波数ｕを示す。
【００３６】
ここで、このＳ- ＭＴＦ曲線から被検者の視力値を推定する際、一定のスレッシュホールド値を決め、スレッシュホールド値とＳ- ＭＴＦ曲線との交点により視力値を推定することも可能であるが、Ｓ- ＭＴＦの値が小さな被検者にとっては、その方法では推定値に誤差が生じやすい。その為、本発明では、一定のスレッシュホールド値ではなく、視覚系の中の神経系の閥値を示す、いわゆるＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（モジュレーションスレッシュホールド）（以下、ＭＴ（ｕ）とする）を使用する。
【００３７】
ＭＴ（ｕ）は、眼球に２光束を入光させ、眼底網膜上に干渉縞を直接形成し、干渉縞の状態を観察することで実験的に求められるものである。尚、求められるＭＴ（ｕ）は、正弦波ＭＴ（ｕ）であり、閥値として使用されるのは矩形波に対するＳｑｕａｒｅ- ＭＴ（以下、Ｓ- ＭＴ）であるので、前記正弦波ＭＴ（ｕ）から換算される。
【００３８】
換算はＳ- ＭＴＦを求めたのと同様、下記式によって得られる。
Ｓ- ＭＴ（ｕ）＝４／π｛ＭＴ（ｕ）−（ＭＴ（３ｕ））／３＋（ＭＴ（５ｕ））／５−（ＭＴ（７ｕ））／７＋・・・｝ （８）
【００３９】
ここで求められたＳ- ＭＴ（ｕ）は被検眼が識別可能な境界値を示すものであり、Ｓ- ＭＴ（ｕ）より大きな値では被検眼が識別可能、又Ｓ- ＭＴ（ｕ）より小さな値では被検眼が識別できないことを示す。
【００４０】
更に、前記Ｓ- ＭＴ（ｕ）は、一般的には年代により変化するもので、１０才台での関数Ｓ- ＭＴ10（ｕ）、２０才台でのＳ- ＭＴ20（ｕ）、３０才台でのＳ- ＭＴ30（ｕ）、…を用意し、被検者の年代に対応したＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（Ｓ- ＭＴa （ｕ）） を用いて、被検者のＳ- ＭＴＦを示す図４のグラフにＳ- ＭＴa （ｕ）を重合せ、Ｓ- ＭＴＦ曲線とＳ- ＭＴａ（ｕ）曲線との交点に対応する周波数ｕを算出する。
【００４１】
例えば、被検者が１０代の場合、図４中、Ｓ- ＭＴ10とＳ- ＭＴＦとの交点に対応する周波数ｕ10が求められる。
【００４２】
いわゆる小数視力値（Ｄ．Ｖ．Ａ．）とｕとの関係は、Ｄ．Ｖ．Ａ．＝ｕ／１００の関係があり、前記求められた周波数ｕ10を基に小数視力値Ｄ．Ｖ．Ａ．が求められる。而して、被検者の年代のＭＴ（ｕ）に相応したスレッシュホールド値を用いて視力値を求めるので、推定値の誤差を低減できる。
【００４３】
而して、被検者の応答によることなく、被検眼の視力値を測定することができる。
【００４４】
尚、本実施の形態では、合焦レンズ１９を基準位置とし、且つ、矯正光学系１２は矯正量０に設定して測定を行い、その測定結果に基づき被検者の裸眼での視力値を推定する例で説明を行ったが、その場合に限らず、矯正光学系を調整し、或は、合焦レンズを移動させ、所定量の屈折矯正を行った状態で測定を行い同様な演算を行えば、所定量の屈折矯正後の視力値をも推定することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、被検眼眼底に視標像を投影する為の視標投影系と、前記視標像を光電検出器に導く為の受光光学系と、前記光電検出器により検出された視標像の光量強度分布に基づき被検眼の眼球光学系の光伝達関数を算出する為の算出部と、前記光伝達関数と所定のスレッシュホールド値との交点により被検者の視力値を演算する演算部を具備するので、各種大きさの視力検査用視標を見せて被検者の応答により視力値を測定するといういわゆる自覚式検眼方法を使用せずに、所定の視標像を眼底に投影し、その視標像の光量強度分布を測定することだけで、演算処理により、被検眼の視力値を正確に推測できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】人眼の眼底の模式図である。
【図２】本実施の形態に係る眼光学特性測定装置の基本構成図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）は該眼光学特性測定装置に於ける被検眼眼底での反射状態を示す説明図である。
【図４】被検眼の光伝達関数と各年代に応じたスレッシュホールド値との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１ 被検眼
２ 投影光学系
５ 光源
１２ 矯正光学系
１３ １／４波長板
１５ 固視標
１７ 固視標系
１９ 合焦レンズ
２１ 光電検出器
２６ 信号処理部
２９ 表示部

Claims (4)

1. 被検眼眼底に視標像を投影する為の視標投影系と、前記視標像を光電検出器に導く為の受光光学系と、前記光電検出器により検出された視標像の光量強度分布に基づき被検眼の眼球光学系の光伝達関数を算出する為の算出部と、前記光伝達関数と所定のスレッシュホールド値との交点により被検者の視力値を演算する演算部を具備することを特徴とする眼光学特性測定装置。
2. 前記光伝達関数は矩形波周波数特性である請求項１の眼光学特性測定装置。
3. 前記スレッシュホールド値はモジュレーションスレッシュホールドである請求項１の眼光学特性測定装置。
4. 前記モジュレーションスレッシュホールドは年代に応じて複数用意され、被検者に対応したモジュレーションスレッシュホールドが用いられる請求項３の眼光学特性測定装置。

Images