JP3823266B2 - 光学特性測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検対象物の光学特性を精密に測定する装置に係わり、被検対象物の光学特性を測定すると共に、被検対象物の観察が可能な光学特性測定装置に関するものである。特に、被検対象物が眼である場合には、不正乱視成分の光学特性を測定できると共に被検眼前眼部の観察を行うことのできる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は、レフラクトメーターとして知られているが、その被検眼の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度のみを求め表示するに過ぎなかった。
【０００３】
被検眼の中にはこれ以外の不正乱視成分を有している場合が有り、不正乱視成分の量によっては、眼鏡ではなくコンタクトレンズの矯正や医師の診断を必要とする場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の被検眼の光学特性を測定する装置では、眼鏡の矯正しか行うことができず、十分なものとは言えなかった。
【０００５】
そこで、被検対象物の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度だけでなくこれ以外の不正乱視成分まで精密に測定可能な構成で、かつ、被検対象物の観察を１つの受光素子で行える光学特性測定装置の出現が強く望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、照明用の光源と、該光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、前記被検眼前眼部の像を形成するための前眼部表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成されている。
【０００７】
また本発明の変換部材は、前記反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させる様に構成することもできる。
【０００８】
そして本発明の区分される領域が、５個に代えて１７個とすることもできる。
【０００９】
更に本発明の変換部材は、光軸と直交する面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレンズで構成することもできる。
【００１０】
また本発明の光学特性演算部が、前記複数のマイクロフレネルレンズによる受光部の受光面上での前記反射光束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、この傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求める構成にすることもできる。
【００１１】
そして本発明の受光光学系は、被検眼虹彩と前記受光面とが略共役な関係を形成する様に構成することもできる。
【００１２】
更に本発明の照明光学系は、被検眼の瞳と略共役付近に、被検眼の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態を形成する光束遮蔽部材を配置した構成にすることもできる。
【００１３】
また本発明は、照明用の光源と、該光源からの光束を被検査対象物に向かわせるための照明光学系と、被検査対象物による反射又は屈折された光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過光束に基づき、前記被検査対象物の像を形成するための被検査対象物表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検査対象物の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成されている。
【００１４】
そして本発明の変換部材は、前記反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させる様に構成することもできる。
【００１５】
更に本発明は、区分される領域が、５個に代えて１７個とすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、照明光学系が、照明用の光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明し、受光光学系が、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導き、変換部材が、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有し、受光部が、変換部材で変換された光束を受光し、前眼部表示部が、受光部で得られた変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、被検眼前眼部の像を形成し、光学特性演算部が、受光部で得られた変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めることができる。
【００１７】
また本発明の変換部材は、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させることもできる。
【００１８】
そして本発明の区分される領域を、５個に代えて１７個とすることもできる。
【００１９】
更に本発明の変換部材は、光軸と直交する面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレンズにすることもできる。
【００２０】
また本発明の光学特性演算部が、複数のマイクロフレネルレンズによる受光部の受光面上での反射光束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、この傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求めることもできる。
【００２１】
そして本発明の受光光学系は、被検眼虹彩と前記受光面とが略共役な関係を形成する様にすることもできる。
【００２２】
更に本発明の照明光学系は、被検眼の瞳と略共役付近に、被検眼の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態を形成する光束遮蔽部材を配置することもできる。
【００２３】
また本発明は、照明光学系が、照明用の光源からの光束を被検査対象物に向かわせ、受光光学系が、被検査対象物による反射又は屈折された光束を受光し受光部に導き、変換部材が、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有し、受光部が、変換部材で変換された光束を受光し、被検査対象物表示部が、受光部で得られた変換部材からの透過光束に基づき、被検査対象物の像を形成し、光学特性演算部が、受光部で得られた変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検査対象物の光学特性を求めることができる。
【００２４】
そして本発明の変換部材は、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させることもできる。
【００２５】
更に本発明は、区分される領域が、５個に代えて１７個とすることもできる。
【００２６】
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２８】
［第１実施例］
【００２９】
本発明の第１実施例である光学特性測定装置１００００は、図１Ａに示す様に、照明用の光源１００と、この光源１００からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系２００と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部５００に導くための受光光学系３００と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための変換部材４００と、変換部材４００で変換された複数の光束を受光する受光部５００と、この受光部５００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための光学特性演算部６００とから構成されている。
【００３０】
そして、制御演算処理手段８００が、光学特性演算部６００を含む全体の制御を司っている。更に、制御演算処理手段８００は、光源駆動手段１０１を介して光源１００を制御駆動する様に構成されている。
【００３１】
光源１００は、空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは高くないものが望ましい。本第１実施例の光源１００には、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）が採用されており、輝度が高い点光源を得ることができる。
【００３２】
また、本第１実施例の光源１００は、ＳＬＤに限られるものではなく、レーザーの様に空間、時間ともコヒーレンスが高いものでも、回転拡散板などを挿入することにより、適度に時間コヒーレンスを下げることで利用できる。
【００３３】
そして、ＳＬＤの様に、空間、時間ともコヒーレンスが高くないものでも、光量さえ充分であれば、ピンホール等を光路の光源の位置に挿入することで、使用可能になる。
【００３４】
本第１実施例の照明用の光源１００の波長は、赤外域の波長、例えば８４０ｎｍを使用することができる。光源１００は、連続点灯させている場合には、受光部５００において、光学特性測定用の光束と、被検査対象物である被検眼前眼部の光束とが同時に受光される。
【００３５】
また光源１００を点滅させた場合において、消灯時では、受光部５００で被検眼前眼部のみの像が形成され、点灯時では、受光部５００に光学特性測定用の光束が受光される。このため、光学特性測定用の光束が含まれない被検査対象物である被検眼前眼部の像を形成することができ、より望ましい。
【００３６】
照明光学系２００は、光源１００からの光束で被検眼眼底上で微小な領域を照明するためのものである。照明光学系２００は、第１の集光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、第２の集光レンズ２０３と、固視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから構成されている。
【００３７】
可変絞り２０２は、光束遮蔽部材に該当するものであり、図１Ｂに示す様に、この可変絞り２０２は、中心付近に開口のある第１絞り２０２ａと、周辺部付近に開口のある第２絞り２０２ｂとが並べて配置されており、これを光軸と直交方向に制御演算処理手段８００からの信号で移動させることにより切り替え可能に構成されている。
【００３８】
従って、照明光学系２００の可変絞り２０２は、被検眼１０００の瞳と略共役付近に、被検眼１０００の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼１０００の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態とを形成することができる。
【００３９】
ここで、被検眼１０００は、角膜１１００と、虹彩１２００と、網膜１３００とを備えている。
【００４０】
この可変絞り２０２は、角膜反射による測定への影響を軽減することができる。
【００４１】
受光光学系３００は、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部５００に導くためのものである。受光光学系３００は、第１のアフォーカルレンズ３０１と、第２のアフォーカルレンズ３０２と、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための変換部材４００と、絞り３０３とから構成されている。
【００４２】
受光光学系３００の受光部５００は、照明光学系２００の可変絞り２０２と共役の位置にある。そして、受光部５００と可変絞り２０２とは、互いに虹彩１２００と共役となっている。
【００４３】
屈折測定は照明光学系２００部分で、その時に遮光されている部分で行うことにより、角膜反射の影響を受けることを防止することができる。
【００４４】
即ち、可変絞り２０２の第１絞り２０２ａが、光路内に挿入されている時には、中央の遮光部で遮光されている範囲の測定が行われ、可変絞り２０２の第２絞り２０２ｂが光路内に挿入されている時には、中央の開口部の周りの範囲で測定が行われる。
【００４５】
そして照明光学系２００は、被検眼１０００の屈折力に応じて光源１００からの光束が検眼眼底上で微小な領域を照明する様に構成されており、光源１００からの光束を照明するための点光源照明系２００Ａと、固視標投影系２００Ｂを含む照明系とを移動させることにより被検眼１０００の屈折異常を矯正することができる。
【００４６】
なお、点光源照明系２００Ａは、第１の集光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、第２の集光レンズ２０３とから構成され、固視標投影系２００Ｂは、固視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから構成されている。そして、点光源照明系２００Ａからの光束と固視標投影系２００Ｂからの光束とは、ビームスプリッタ２２０で同軸とされている。
【００４７】
そして光源１００と固視標２０５とは共役関係に維持されている。また照明光学系２００を移動させて、網膜に点光源及び固視標２０５の像が形成された後に、制御演算処理手段８００からの信号により、固視標投影系２００Ｂを僅かに遠ざけ雲霧させる。
【００４８】
また、第１の視度調整機構が、点光源照明系２００Ａと固視標投影系２００Ｂとの視度を、受光部５００での受光レベルに応じて、この受光レベルが最大となる様にして調整する様に構成されている。
【００４９】
本第１実施例である光学特性測定装置１００００は、被検眼１０００の遠点、近点、または、その間での、ある特定の屈折力を持った状態での光学特性を測定することを一つの目的としている。
【００５０】
従って、遠点での測定だけをとっても、被検眼１０００によって「ー２５ディオプター」から「２５ディオプター」程度の屈折力の差があるので、屈折力の変化に応じて照明光束が検眼眼底上で微小な領域を照明する様に構成されている。このため、光源１００と、点光源照明系２００Ａと、固視標投影系２００Ｂとが、制御演算処理手段８００からの信号により移動する様に構成されている。
【００５１】
また受光光学系３００は、第１のアフォーカルレンズ３０１と、第２のアフォーカルレンズ３０２と、変換部材４００と、受光素子５００とから構成されている。被検眼が適切な作動距離に位置している時には、次の関係を満足している。
【００５２】
即ち、第１のアフォーカルレンズ３０１の前側焦点は、被検査対象物である被検眼前眼部と略一致している。更に被検眼前眼部は、第１のアフォーカルレンズ３０１及び第２のアフォーカルレンズ３０２を介して、受光素子５００と略共役の関係となっている。
【００５３】
そして、照明光学系２００と受光光学系３００とは、光源１００からの光束が集光する点で反射されたとして、その反射光による受光部５００での信号ピークが最大となる関係を維持して、連動して移動し、受光部５００での信号ピークが強くなる方向に移動し、強度が最大となる位置で停止する様に構成されている。この結果、光源１００からの光束が、被検眼上で集光することとなる。
【００５４】
次に、変換部材４００について説明する。
【００５５】
受光光学系３００に配置された変換部材４００は、反射光束を複数のビームに変換する波面変換部材である。本第１実施例の変換部材４００には、光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズが採用されている。
【００５６】
ここでマイクロフレネルレンズについて詳細に説明する。
【００５７】
マイクロフレネルレンズは波長ごとの高さピッチの輪帯をもち、集光点と平行な出射に最適化されたブレーズを持つ光学素子である。ここで利用することのできるマイクロフレネルレンズは、例えば、半導体微細加工技術を応用した８レベルの光路長差をつけたもので、１次光と０次光とも４０％の集光効率を実現できる。
【００５８】
その結果、受光部５００には、変換部材４００に相当するマイクロフレネルレンズの１次光が被検眼の光学特性を示す光束として、マイクロフレネルレンズの０次光が被検眼前眼部像として、受光部５００に入射することとなる。
【００５９】
光源１００を連続点灯させている場合には、受光部において、光学特性測定用の光束と被検査対象物である被検眼前眼部の光束が同時に受光されるので、表示部７００には、離散的に光学特性測定用の光束の集光点が含まれた状態で、被検査対象物である被検眼前眼部像が形成される。
【００６０】
また、光源１００を点滅させた場合において、消灯時に受光部で被検眼前眼部のみの像が形成され、これを表示部７００で表示する。光学特性の測定期間は、被検眼前眼部の像をバッファメモリに記憶しておき、これを表示する様にすることもできる。
【００６１】
このため、光学特性測定用の光束が含まれない被検査対象物である被検眼前眼部の像を形成することができ、より望ましいと言える。
【００６２】
一方、眼底からの反射光は、第１のアフォーカルレンズ３０１及び第２のアフォーカルレンズ３０２を通過し、変換部材４００を介して、その１次光として受光部５００上に集光する。ここで０次光は透過光束に相当し、１次光は収束光束に相当する。
【００６３】
なお、球面成分Ｓ’円柱成分Ｃ、軸角度成分Ａとを測定する場合には、５個以上の、これら以外の高次の収差を必要とする。
【００６４】
また変換部材４００は、少なくとも５個の領域に分けられた各領域において
、収束作用を行うマイクロレンズ部と透過作用を行う開口部分で構成することも可能である。
【００６５】
本第１実施例の変換部材４００は、反射光束を少なくとも１７以上のビームに変換する波面変換部材から構成されている。
【００６６】
次に受光部５００は、変換部材４００で変換された複数のビームを受光するためのものであり、本第１実施例では、ＣＣＤが採用されている。このＣＣＤは、ＴＶ用などの一般的なものから測定用の２０００＊２０００素子等、何れのタイプのものが使用できる。
【００６７】
受光部５００をＴＶ用のＣＣＤを使用した場合には、解像度は劣るが、安価であり、通常、後処理で利用するパーソナルコンピューターへの入力も簡便である。この場合、ＣＣＤとそのドライバーからの画像信号出力は、ＮＴＳＣ信号とし、パーソナルコンピューターにＮＴＳＣ信号に適応した画像入力ボードを使用することで簡単に実現することができる。
【００６８】
また、受光部５００を測定用の２０００＊２０００素子のＣＣＤを採用した場合、装置は高価となるが、同様にアナログ信号を介してパーソナルコンピューターに測定値を入力することができる。
【００６９】
なお、ＣＣＤからの測定信号を、デジタル信号でパーソナルコンピューターに入力することも可能である。
【００７０】
そして受光光学系３００は、被検眼虹彩１２００と変換部材４００と略共役な関係を形成している。
【００７１】
また、受光光学系３００には、ビームスプリッタ３０３が挿入されており、照明光学系２００からの光を被検眼１０００に送光し、反射光を透過させる様に構成されている。
【００７２】
なお、受光部５００で受光した受光信号は、受光素子ドライバ５１０を介して光学特性演算部６００と表示部７００とに送出される様に構成されている。
【００７３】
次に、受光部５００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための光学特性演算部６００の動作原理について詳細に説明する。
【００７４】
「リレーレンズなしで動かない場合：球面成分も含めて測定する」
【００７５】
正視の場合 平行光入射で眼底に結像させ、眼底の二次光源が平行光で出射させる。
【００７６】
近視の場合には、収束光を出射させる。
【００７７】
正乱視の場合には、非点収差を求める。
【００７８】
不正乱視の場合には、高次の収差との混合を行う。
【００７９】
ことが基本となる。
【００８０】
ここで演算方法を詳細に説明する。
【００８１】
図２に示す様に変換部材４００の座標をＸ、Ｙとし、 受光部５００の座標を ｘ、ｙとすれば、波面は極座標表示ま又は、直交座標表示によって、
【００８２】
ｗ（ｒ、θ）＝Ｗ（Ｘ、Ｙ） ・・・・・・第１式
【００８３】
となる。
【００８４】
（ｉ、ｊ）番目の測定データは、同じ形式に
【００８５】
ｗ（ｒi、θj）＝Ｗ（Ｘi、Ｙj） ・・・・・・第２式
【００８６】
となる。測定データの内容については後で説明する。
【００８７】
波面の近似式として
【００８８】
【００８９】
を選ぶ。
【００９０】
この多項式中に現れる各成分を説明すると、
【００９１】
定数項は、Ｋである。
【００９２】
傾き角（アライメント誤差が反映される）は、
【００９３】
Ｇｒｃｏｓ（θーＴ）＝Ｇｃｏｓ（Ｔ）Ｘ＋Ｇｓｉｎ（Ｔ）Ｙ・・・・・第４式
【００９４】
球面 （符号の問題に関して）
【００９５】
「数１」
【００９６】
・・・・・第５式
【００９７】
Ｓが負のとき＋となり、Ｓが正のとき−となる。
【００９８】
正乱視 （符号の問題に関して）
【００９９】
「数２」
【０１００】
・・・・・第６式
【０１０１】
Ｃが負のとき＋、Ｃが正のときーとなる。
【０１０２】
各測定点の残差の二乗和は
【０１０３】
「数３」
【０１０４】
・・・・・第７式
【０１０５】
が最小になるようにＫ、Ｇ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａを決める。添え字のｉ、ｊは変換部材４００の１要素に対応する。実際には、データが傾き角で出現するため、それぞれの波面の微分値を使って計算する。なぜなら、本装置において測定するデータは光線の傾き角であるからである。
【０１０６】
光線の傾き角は直接波面の位置座標による微分で求めることができる。
本波面センサーで測定される量は基準からの横収差量である。
【０１０７】
図２で次の関係が近似的に成り立つことが知られている。
【０１０８】
「数４」
【０１０９】
・・・・・第８式
【０１１０】
「数５」
【０１１１】
・・・・・第９式
【０１１２】
ｌ（エル）は、変換部材４００と受光部５００との距離である。
【０１１３】
「波面と本波面センサーで計測する横収差量について」
【０１１４】
変換部材４００の中心点がＸ、Ｙの各素子においてｄｘ（Ｘ、Ｙ）、ｄｙ（Ｘ、Ｙ）を得る。
【０１１５】
ここで、ｄｘ、ｄｙは変換部材４００の１素子の対して、受光部５００上の、予め決まっている原点と、実際の光線の交点のｘ、ｙ方向それぞれの距離である。変換部材４００の１素子に対応する原点は、図２に示す様に、波面がＷ一様に平らで、つまり、眼屈折率特性が球面成分と乱視成分が共に０ディオプターで、あとで述べる不正乱視成分などの残差もない場合に、変換された光束が測定できる受光部５００上の点である。
【０１１６】
Ｓ、Ｃ、Ａがゼロで、残存収差もない状態の時のそれぞれの点の位置を（ｘ0 、ｙ0）とする。
【０１１７】
ｄｘ（Ｘi、Ｙj）＝ｘijーｘ0 ij ・・・・・・第１０式
【０１１８】
ｄｙ（Ｘi、Ｙj）＝ｙijーｙ0 ij ・・・・・・第１１式
【０１１９】
そして、微分を使った場合の残差の二乗和は、
【０１２０】
「数６」
【０１２１】
・・・・・・第１２式
【０１２２】
ここでも、残差を最小にするようなＦのパラメーターＧ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、を適当な非線型最適化手法、例えば、減衰最小二乗法などを使って求めればよい。
【０１２３】
Ｋ、Ｇ、Ｔは測定時の誤差などの影響と考えられる。オートレフではＳ、Ｃ、Ａが測定量となる。
【０１２４】
なお、球面と正乱視の式中に符号の定まらないところがあるが、それぞれの組み合わせを別々に計算して、最も残差の少ない場合を採用すればよい。
【０１２５】
Ａ 「不正乱視成分」
【０１２６】
残差が不正乱視成分になる。
【０１２７】
残差成分は、今までのオートレフでは構造上、測定することができない。また、ソフトウェアー的にも新しい工夫が必要である。
残差、つまり、不正乱視成分の解析には、
【０１２８】
（１） 残差量を自乗和の形で算出する。
【０１２９】
（２） 収差論で知られている方法と同様に成分に分ける。
【０１３０】
（３） Ｓ、Ｃ、Ａで表される波面を基準面として、ずれ量をすべて出力する。
【０１３１】
等が考えられる。
【０１３２】
また、不正乱視の大きい場合には、波面そのものの歪みを知るために、基準波面をＳによるもの、または、単に、平面によるものなども必要になる場合がある。
【０１３３】
「残差量の自乗和」
【０１３４】
既に、前記の方法で決定されたＫ、Ｇ、 Ｔ、 Ｓ、Ｃ、Ａを使って、残差の自乗和を測定する。Ｎ行Ｍ列とすると、点数ｎ=Ｎ＊Ｍの自乗を２倍した数で割っ たものであり、
【０１３５】
「数７」
【０１３６】
・・・・・・第１６式
【０１３７】
となる。
【０１３８】
Ｂ 「成分別の分析」
【０１３９】
これらは、
【０１４０】
コマ収差成分 ｒ(2n+1)ｃｏｓ（θ＋Ｔn）、ｎ＝１、２・・・・
【０１４１】
球面収差成分 ｒ2n ｎ＝２、３・・・・
【０１４２】
高次の非点収差 ｒ2nｃｏｓ2（θ＋Ａn）、ｎ＝１、２・・・・
【０１４３】
このほか回転方向に非点成分よりも高次の収差が存在し、これが大事である。一般的にこれらは、
【０１４４】
ｆ（ｒ）ｃｏｓn（θ＋Ｔn）、ｎ＝２、３・・・・
【０１４５】
これらの項のパラメータを決めるために、光線の傾き角から先に得られたＧ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａにより、傾き角、球面、正乱視の各成分に寄与した量を引き去る。その上で、ここで述べた、コマ収差成分、球面収差成分、高次の非点収差およびその他の寄与を計算することができる。
【０１４６】
Ｃ 「基準波面からのずれ量を出力」
【０１４７】
基準波面Ｗb と実際のＷr の同位置でのｚ方向での距離差を表示する。
【０１４８】
ここで次の様に定義する。
【０１４９】
Ｆb、Ｆrは、Ｆから定数項と傾き角項を除いたものである。
【０１５０】
それぞれ、波面を近似した関数で表記し直したもので、
【０１５１】
（基準波面）＝Ｗb（Ｘi、Ｙj）＝Ｆb（Ｓ、Ｃ、Ａ、Ｘi、Ｙj）
【０１５２】
（再生波面）＝Ｗr（Ｘi、Ｙj）＝Ｆr（Ｓ、Ｃ、Ａ、不正乱視成分のパラメータ、Ｘi、Ｙj）
【０１５３】
Δ（デルタ）ｚij＝Ｗr（Ｘi、Ｙj）−Ｗb（Ｘi、Ｙj）
【０１５４】
・・・・・・第１７式
【０１５５】
ここで、全ての表示は波長単位で行うことができる。また、μｍ等の単位で表示することも可能である。
【０１５６】
Ｄ 「基準波面からのパワーのずれを表示する」
【０１５７】
（１） 残差を成分別に計算したものからパワーを計算する。（前と同様）
【０１５８】
（２） 残差成分のみからその点の残差成分のみによる傾き角を求め、それと 、近傍の点の傾き角からパワーを計算する。
【０１５９】
（３） 測定値から基準波面Ｗbによって計算されるその点の傾き角を引き去り、その後で、周辺の点（典型的には８個又は、１５個）から、その点 のパワーを計算する。
【０１６０】
なお、パワーは、図３に示す様に、微分幾何で教えるところの曲面のある点での最大曲率と最小曲率に関係した量と方位を直接表示する。即ち、曲率半径Ｒで収束している時のパワーは、１／Ｒと表現される。
【０１６１】
更に、図４及び図５に示す様に、ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬ ＰＯＷＥＲを表示する方法がある。
【０１６２】
正乱視は一般に垂直子午線方向のパワーが強く、水平子午線方向のパワーが弱い。パワーはディオプターで表示することが通例である。
【０１６３】
ここで、変換部材４００が、反射光束を少なくとも１７以上のビームに変換することについて詳細に説明する。
【０１６４】
測定は、球面成分Ｓ、円柱成分Ｃ、軸角度Ａの測定であれば、原点と異なる４つの動径方向の４点の少なくとも５点のデータから計算できる。更に、最低その１次づつ高次の情報が必要であれば、測定点は、２＊８＝１６と原点の合計で少なくとも１７点以上となる。
【０１６５】
従って、光学特性演算部６００は、受光部５００の受光面上の複数のマイクロフレネルレンズによる１次光の収束位置から光束の傾き角を求め、これに基づき被検眼１０００の光学特性を求めることができる。
【０１６６】
なお、変換部材４００にマイクロフレネルレンズを使わない場合には、受光データの１点はぼやけた像になるので、各点の重心を求める。
【０１６７】
そして、マイクロフレネルレンズを使った場合でも、図６に示す様に、受光素子でわざとぼかした像を観察することにより位置測定精度を向上させることができる。また、投影される光束が受光面において複数の画素上に投影される様にし、各画素の光束の強度を参考にして重心位置を求めることもできる。
【０１６８】
この様に重心の計算をすることにより、素子の１／１０以下の測定位置精度を確保することができる。
【０１６９】
更に、光学特性演算部６００の演算結果を表示するための表示部７００を設けてある。
【０１７０】
この表示部７００は、被検眼１０００の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度並に、これ以外の不正乱視成分とに分けて、光学特性演算部６００で得られた結果を表示すると共に、受光部５００からの信号に基づき、被検眼前眼部が表示される様に構成されている。
【０１７１】
例えば、
【０１７２】
（１） 「球面成分、正乱視成分及びその軸角度の表示」
【０１７３】
不正乱視成分は、こま成分、高次の球面収差成分、高次の非点収差成分を表示する。
【０１７４】
（２）「球面成分、正乱視成分及びその軸角度の表示」
【０１７５】
不正乱視成分は、球面成分、正乱視成分のみで構成される波面からのずれを２次元的に表示する。
【０１７６】
（３） 「２次元的に波面の曲率をたとえばディオプターで表示」
【０１７７】
グラフィックに表示も可能である。各表示点に非点収差がある場合曲率が２種類存在する。微分幾何学の教えるところにより、両者は直交している。
【０１７８】
この表示部７００は、被検眼１０００の光学特性をグラフィックに表示することができ、例えば、被検眼１０００を全部から見た図（ｘ、ｙ座標）で表示したり、ｘ、ｙ座標にパワーを例えばディオプター表示でマッピングすることができる。
【０１７９】
更に表示部７００は、被検眼１０００の光学特性を正常眼からの偏差で表示することもできる。
【０１８０】
また計測で求めたＳ、Ｃ、Ａの値から再現した標準となる波面からのずれを波長オーダーでｘ、ｙ座標系にマッピングすることもできる。
【０１８１】
そして表示部７００は、被検眼１０００の光学特性を正常眼からの偏差でグラフィックに表示することもできる。そして、これらの表示は等高線表示することもできる。
【０１８２】
この等高線表示は、例えば、擬似カラーによるマッピングとすることもできる。
【０１８３】
次に、図７（ａ）と図７（ｂ）に基づいて、アラインメントについて説明する。
【０１８４】
ここで、図７（ａ）に示す様に、受光系の移動レンズ群３０２より被検者側のレンズを対物レンズ群３０１とすると、アライメントは、被検物の測定基準面（被検物が眼の場合には、出射瞳、角膜表面）に、対物レンズ群３０１の前側焦点が一致する様に配置すればよいことになる。
【０１８５】
測定光線が、対物レンズ群３０１を通過した後、光軸と交わる点（被検物が眼の場合には、眼底と略共役点となる）に移動レンズ群３０２の前側焦点が来る様に、移動レンズ群３０２が移動する。これにより、受光部５００には、常に略平行光が入射され、測定基準面での測定領域を略一定とすることができる。
【０１８６】
そして、例えば被検物が眼の場合において、光線の前眼部の測定基準面での正確な位置は、光線の変換部材４００通過位置と、受光部５００の受光位置に基づいて、内挿又は外挿法により、移動レンズ通過後の前眼部の測定基準面の共役点での光線座標を求め、光学系の横倍率で割ることにより得ることができる。
【０１８７】
ここで図７（ｂ）基づいて、動作を説明する。
【０１８８】
Ｓ１（ステップ１、以下、Ｓ１と略する）では、光源１００を点灯させる。次にＳ２では、被検物を固定する。そしてＳ３では、対物レンズ群３０１の前側焦点位置と、被検物が一致する様にする。更にＳ４では、光源１００の像と移動レンズ群３０２の前側焦点とが一致する様に、移動レンズ群３０２を移動させる。そしてＳ５では、マイクロフレネルレンズ（ハルトマン板）４００の０次光と１次光とを利用して像を形成し、Ｓ６では、受光部５００に相当する２次元受光素子で、Ｓ５で形成された像を受光する様に構成されている。
【０１８９】
なお、図７（ｃ）に示す様に、レンズメータの場合には、印点を利用してアライメントが行えるという効果がある。
【０１９０】
また、本第１実施例では、被検対象物を眼として説明しているが、眼に限られるものではなく、何れの被検査対象物の光学特性を測定することができる。
【０１９１】
更に本第１実施例はの変換部材４００は、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する様になっているが、少なくとも５本のビームに変換するものを採用すれば足りる。
【０１９２】
［第２実施例］
【０１９３】
本発明の第２実施例である光学特性測定装置２００００は、図８に示す様に、照明用の光源１００と、この光源１００からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系２００と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部５００に導くための受光光学系３００と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための変換部材４００と、変換部材４００で変換された複数の光束を受光する受光部５００と、この受光部５００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための光学特性演算部６００と、全体の制御を司るための制御演算処理手段８００とから構成されている。
【０１９４】
本第２実施例の光源１００の波長は、可視域を避けて、例えば、略８４０ｎｍのものを使用している。従って、被験者に測定用の光を感じさせることなく測定を行うことができる。
【０１９５】
照明光学系２００は、第１の集光レンズ２０１と、液晶部材２１０と、第２の視度調整機構２２０とから構成されている。第２の視度調整機構２２０は、受光部５００の受光レベルに応じて制御演算手段８００からの信号に応じて制御されるもので、その受光レベルが最大となる様にして視度調整を行うものである。
【０１９７】
この液晶部材２１０は、図９に示す様に、中心付近に開口を形成する第１照明状態と、周辺部付近に開口を形成する第２照明状態とを形成することができる。
【０１９８】
液晶部材２１０の部分的な開口の形状は、光学系の要求により自由に変えられる特徴がある。
【０１９９】
なお図１０に示す様に、液晶部材２１０は、制御演算処理手段８００が、液晶用ドライバを介して駆動される様に構成されている。
【０２００】
受光光学系３００は、第１の測定レンズ３１０と、第２の測定レンズ３１１と、第３の測定レンズ３１２と、固視標光学系３２０と、第３の視度調整機構３１５と、テーパーファイバーハンドル３１６と、第２のビームスプリッタ３１８から構成されている。
【０２０１】
固視標光学系３２０は、固視標用レンズ３１３、固視標３１４及び調整機構３２３とから構成されている。調整機構３２３は、制御演算処理手段８００からの信号により、固視標３１４が、眼底と共役な位置よりも眼底から離れる方向に位置する様に光軸に沿って移動させ、いわゆる雲霧状態を形成するものである。
【０２０２】
なお、第１のビームスプリッタ３１７は、照明光学系２００からの光を被検眼１０００に向けて反射させ、被検眼１０００からの反射光を透過させる様に構成されている。
【０２０３】
受光光学系３００は、第１の測定レンズ３１０と第２の測定レンズ３１１に関して、被検眼１０００の虹彩１２００と受光部５００とを略共役関係を保つ様に構成されている。
【０２０４】
被検眼虹彩１２００と受光部５００との共役関係は、まず、器械全体と被検眼との作動距離が適切、即ち、第１測定レンズ３１０と被検眼１０００との距離を適切なものとなる様に調整することで行われる。この作業には、従来の周知の各種手段が採用できる。
【０２０５】
そして受光光学系３００は、受光部５００の受光面と被検眼１０００の虹彩１２００と略共役関係を保ち、かつ、被検眼眼底からの反射光束が略平行光束となるような調節機能を有している。
【０２０６】
本実施例の場合、被検眼の球面成分は、第３の測定レンズ３１２以降の受光部５００側及び固視標光学系３２０を一体に移動することによって受光部５００における測定対象から除くことができる。
【０２０７】
従って、視度調整、即ち、被検眼眼底１３００と受光部５００の受光面とを略共役の関係とする操作は、第３の視度調整機構３１５が、光学特性演算手段６００によって得られた球面成分Ｓに応じた制御演算処理手段８００からの信号に基づき、この球面成分Ｓが最小となる様に、第３の測定レンズ３１２以降の光学要素を一体に移動することにより行われる。
【０２０８】
この場合、光学照明系２００の第２の視度調整機構２２０と第３の視度調整機構３１５とが独立制御される様に構成することもできる。そして、何れか一方の視度調整機構のみの調整で足りる場合もある。
【０２０９】
第１測定レンズ３１０と第２の測定レンズ３１１とが、アフォーカル光学系を形成する場合、第３の測定レンズ３１２以降の光学要素が、照明光学系２００の移動に連動して動くことになる。そして、倍率によっては同じ距離だけ動くため、移動機構を共通化することもできる。
【０２１０】
なお、この視度調整機構による移動は、極度の近視眼や遠視眼の測定、近点での測定のために、測定幅を拡大するために行うこともできる。
【０２１１】
変換部材４００と受光部５００の間に、テーパーファイバーバンドル３１６を挿入し、簡単に変換部材４００から受光部５００への倍率の変換を実施することもできる。
【０２１２】
光学特性演算部６００は、受光光学系３００のレンズを移動させることにより、
【０２１３】
【０２１４】
の球面成分が取り除かれているか、又は、非常に小さくなっている場合がある。この場合は、多項式から球面成分を除いて処理を行う。処理方法は、第１の実施例と同様である。
【０２１５】
最終的に屈折特性として表示する前に、レンズの移動量から球面成分の大きさを計算する。
【０２１６】
また、光学系の設定によっては、レンズを移動しても多項式の球面成分を無視できるほど小さくない場合もありうる。この場合は第１の実施例の演算がそのまま適用される。
【０２１７】
最終的に屈折特性として表示する前に、レンズの移動量から球面成分の大きさを計算して、多項式近似による球面成分量に加える。
【０２１８】
第１実施例と同様に、受光部５００からの信号に基づき、光学特性の測定及び前眼部の観察を行うことができる。
【０２１９】
以上の様に構成された第２実施例の光学特性測定装置２００００のその他の構成及び作用は、第１実施例である光学特性測定装置１００００と同様であるから説明を省略する。
【０２２０】
また、図１１に基づいて変形例を説明する。
【０２２１】
本変形例は、光源１００と、第１測定レンズ３１０と、第２の測定レンズ３１１と、変換部材４００と、受光部５００とから構成されている。
【０２２２】
第１測定レンズ３１０の前側焦点位置に、被検対象物２０００を配置する。そして、光源１００と、第２の測定レンズ３１１の前側焦点位置とが共役な位置となっており、受光部５００は、第２の測定レンズ３１１の後側焦点位置に配置されている。
【０２２３】
変換部材４００は、これに設けられているマイクロフレネルレンズの焦点距離ｆh だけ、受光部５００の前方に配置されている。
【０２２４】
なお、図１１中において、実線は１次光を利用した場合を示すものであり、破線は０次光を使用した場合を示すものである。
【０２２５】
また、他の次数の光は、受光部５００の像面でボケルので、１次光と０次光とを利用して測定することができる。
【０２２６】
測定は、球面成分Ｓ、円柱成分Ｃ、軸角度Ａの測定であれば、原点と異なる４つの動径方向の４点の少なくとも５点のデータから計算できる。更に、最低その１次づつ高次の情報が必要であれば、測定点は、２＊８＝１６と原点の合計で少なくとも１７点以上となる。
【０２２７】
以上の様に構成された第２実施例の光学特性測定装置２００００のその他の構成及び作用は、第１実施例である光学特性測定装置１００００と同様であるから説明を省略する。
【０２２８】
また、本第２実施例では、被検対象物を眼として説明しているが、眼に限られるものではなく、何れの被検査対象物の光学特性を測定することができる。
【０２２９】
更に本第２実施例はの変換部材４００は、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する様になっているが、少なくとも５本のビームに変換するものを採用すれば足りる。
【０２３０】
以上の様に構成された本発明は、眼に使用した場合には、不正乱視等の光学特性を測定することができると共に、前眼部等の観察を行うことができるという卓越した効果がある。
【０２３１】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、照明用の光源と、該光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、前記被検眼前眼部の像を形成するための前眼部表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成されているので、不正乱視等の光学特性を測定することができると共に、前眼部等の観察を行うことができるという卓越した効果がある。
【０２３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の光学特性測定装置１００００の構成を示す図である。
【図２】原理を説明する図である。
【図３】パワーを、最大曲率と最小曲率に関係した量と方位を直接表示する方法を示すものである。
【図４】ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬ ＰＯＷＥＲを表示する方法を示す図である。
【図５】ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬ ＰＯＷＥＲを表示する方法を示す図である。
【図６】位置測定精度を向上させる方法を示す図である。
【図７（ａ）】アライメントを説明する図である。
【図７（ｂ）】アライメントの動作を説明する図である。
【図７（ｃ）】レンズメータの場合を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施例の光学特性測定装置２００００の構成を示す図である。
【図９】液晶部材２１０を説明する図である。
【図１０】液晶部材２１０の駆動構成を説明する図である。
【図１１】本実施例の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ 第１実施例の光学特性測定装置
２００００ 第２実施例の光学特性測定装置
１０００ 被検眼
１１００ 角膜
１２００ 虹彩
１３００ 網膜
１００ 光源
１０１ 光源駆動手段
２００ 照明光学系
２０１ 第１の集光レンズ
２０２ 可変絞り
２０３ 第２の集光レンズ
２０４ 固視標結像レンズ
２０５ 固視標
２１０ 液晶部材
２２０ 第２の視度調整機構
３００ 受光光学系
３０１ 第１のアフォーカルレンズ
３０２ 第２のアフォーカルレンズ
３０３ 絞り
３１０ 第１の測定レンズ
３１１ 第２の測定レンズ
３１２ 第３の測定レンズ
３１５ 第３の視度調整機構
３２０ 固視標光学系
３１３ 固視標用レンズ
３１４ 固視標
３２３ 調整機構
４００ 変換部材
４１０ 液晶部材
５００ 受光部
６００ 光学特性演算部
８００ 制御演算処理手段
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検対象物の光学特性を精密に測定する装置に係わり、被検対象物の光学特性を測定すると共に、被検対象物の観察が可能な光学特性測定装置に関するものである。特に、被検対象物が眼である場合には、不正乱視成分の光学特性を測定できると共に被検眼前眼部の観察を行うことのできる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は、レフラクトメーターとして知られているが、その被検眼の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度のみを求め表示するに過ぎなかった。
【０００３】
被検眼の中にはこれ以外の不正乱視成分を有している場合が有り、不正乱視成分の量によっては、眼鏡ではなくコンタクトレンズの矯正や医師の診断を必要とする場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の被検眼の光学特性を測定する装置では、眼鏡の矯正しか行うことができず、十分なものとは言えなかった。
【０００５】
そこで、被検対象物の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度だけでなくこれ以外の不正乱視成分まで精密に測定可能な構成で、かつ、被検対象物の観察を１つの受光素子で行える光学特性測定装置の出現が強く望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、照明用の光源と、該光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、前記被検眼前眼部の像を形成するための前眼部表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成されている。
【０００７】
また本発明の変換部材は、前記反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させる様に構成することもできる。
【０００８】
そして本発明の区分される領域が、５個に代えて１７個とすることもできる。
【０００９】
更に本発明の変換部材は、光軸と直交する面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレンズで構成することもできる。
【００１０】
また本発明の光学特性演算部が、前記複数のマイクロフレネルレンズによる受光部の受光面上での前記反射光束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、この傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求める構成にすることもできる。
【００１１】
そして本発明の受光光学系は、被検眼虹彩と前記受光面とが略共役な関係を形成する様に構成することもできる。
【００１２】
更に本発明の照明光学系は、被検眼の瞳と略共役付近に、被検眼の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態を形成する光束遮蔽部材を配置した構成にすることもできる。
【００１３】
また本発明は、照明用の光源と、該光源からの光束を被検査対象物に向かわせるための照明光学系と、被検査対象物による反射又は屈折された光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過光束に基づき、前記被検査対象物の像を形成するための被検査対象物表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検査対象物の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成されている。
【００１４】
そして本発明の変換部材は、前記反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させる様に構成することもできる。
【００１５】
更に本発明は、区分される領域が、５個に代えて１７個とすることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、照明光学系が、照明用の光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明し、受光光学系が、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導き、変換部材が、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有し、受光部が、変換部材で変換された光束を受光し、前眼部表示部が、受光部で得られた変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、被検眼前眼部の像を形成し、光学特性演算部が、受光部で得られた変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めることができる。
【００１７】
また本発明の変換部材は、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させることもできる。
【００１８】
そして本発明の区分される領域を、５個に代えて１７個とすることもできる。
【００１９】
更に本発明の変換部材は、光軸と直交する面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレンズにすることもできる。
【００２０】
また本発明の光学特性演算部が、複数のマイクロフレネルレンズによる受光部の受光面上での反射光束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、この傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求めることもできる。
【００２１】
そして本発明の受光光学系は、被検眼虹彩と前記受光面とが略共役な関係を形成する様にすることもできる。
【００２２】
更に本発明の照明光学系は、被検眼の瞳と略共役付近に、被検眼の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態を形成する光束遮蔽部材を配置することもできる。
【００２３】
また本発明は、照明光学系が、照明用の光源からの光束を被検査対象物に向かわせ、受光光学系が、被検査対象物による反射又は屈折された光束を受光し受光部に導き、変換部材が、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有し、受光部が、変換部材で変換された光束を受光し、被検査対象物表示部が、受光部で得られた変換部材からの透過光束に基づき、被検査対象物の像を形成し、光学特性演算部が、受光部で得られた変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検査対象物の光学特性を求めることができる。
【００２４】
そして本発明の変換部材は、反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させることもできる。
【００２５】
更に本発明は、区分される領域が、５個に代えて１７個とすることもできる。
【００２６】
【実施例】
【００２７】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２８】
［第１実施例］
【００２９】
本発明の第１実施例である光学特性測定装置１００００は、図１Ａに示す様に、照明用の光源１００と、この光源１００からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系２００と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部５００に導くための受光光学系３００と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための変換部材４００と、変換部材４００で変換された複数の光束を受光する受光部５００と、この受光部５００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための光学特性演算部６００とから構成されている。
【００３０】
そして、制御演算処理手段８００が、光学特性演算部６００を含む全体の制御を司っている。更に、制御演算処理手段８００は、光源駆動手段１０１を介して光源１００を制御駆動する様に構成されている。
【００３１】
光源１００は、空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは高くないものが望ましい。本第１実施例の光源１００には、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）が採用されており、輝度が高い点光源を得ることができる。
【００３２】
また、本第１実施例の光源１００は、ＳＬＤに限られるものではなく、レーザーの様に空間、時間ともコヒーレンスが高いものでも、回転拡散板などを挿入することにより、適度に時間コヒーレンスを下げることで利用できる。
【００３３】
そして、ＳＬＤの様に、空間、時間ともコヒーレンスが高くないものでも、光量さえ充分であれば、ピンホール等を光路の光源の位置に挿入することで、使用可能になる。
【００３４】
本第１実施例の照明用の光源１００の波長は、赤外域の波長、例えば８４０ｎｍを使用することができる。光源１００は、連続点灯させている場合には、受光部５００において、光学特性測定用の光束と、被検査対象物である被検眼前眼部の光束とが同時に受光される。
【００３５】
また光源１００を点滅させた場合において、消灯時では、受光部５００で被検眼前眼部のみの像が形成され、点灯時では、受光部５００に光学特性測定用の光束が受光される。このため、光学特性測定用の光束が含まれない被検査対象物である被検眼前眼部の像を形成することができ、より望ましい。
【００３６】
照明光学系２００は、光源１００からの光束で被検眼眼底上で微小な領域を照明するためのものである。照明光学系２００は、第１の集光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、第２の集光レンズ２０３と、固視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから構成されている。
【００３７】
可変絞り２０２は、光束遮蔽部材に該当するものであり、図１Ｂに示す様に、この可変絞り２０２は、中心付近に開口のある第１絞り２０２ａと、周辺部付近に開口のある第２絞り２０２ｂとが並べて配置されており、これを光軸と直交方向に制御演算処理手段８００からの信号で移動させることにより切り替え可能に構成されている。
【００３８】
従って、照明光学系２００の可変絞り２０２は、被検眼１０００の瞳と略共役付近に、被検眼１０００の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼１０００の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態とを形成することができる。
【００３９】
ここで、被検眼１０００は、角膜１１００と、虹彩１２００と、網膜１３００とを備えている。
【００４０】
この可変絞り２０２は、角膜反射による測定への影響を軽減することができる。
【００４１】
受光光学系３００は、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部５００に導くためのものである。受光光学系３００は、第１のアフォーカルレンズ３０１と、第２のアフォーカルレンズ３０２と、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための変換部材４００と、絞り３０３とから構成されている。
【００４２】
受光光学系３００の受光部５００は、照明光学系２００の可変絞り２０２と共役の位置にある。そして、受光部５００と可変絞り２０２とは、互いに虹彩１２００と共役となっている。
【００４３】
屈折測定は照明光学系２００部分で、その時に遮光されている部分で行うことにより、角膜反射の影響を受けることを防止することができる。
【００４４】
即ち、可変絞り２０２の第１絞り２０２ａが、光路内に挿入されている時には、中央の遮光部で遮光されている範囲の測定が行われ、可変絞り２０２の第２絞り２０２ｂが光路内に挿入されている時には、中央の開口部の周りの範囲で測定が行われる。
【００４５】
そして照明光学系２００は、被検眼１０００の屈折力に応じて光源１００からの光束が検眼眼底上で微小な領域を照明する様に構成されており、光源１００からの光束を照明するための点光源照明系２００Ａと、固視標投影系２００Ｂを含む照明系とを移動させることにより被検眼１０００の屈折異常を矯正することができる。
【００４６】
なお、点光源照明系２００Ａは、第１の集光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、第２の集光レンズ２０３とから構成され、固視標投影系２００Ｂは、固視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから構成されている。そして、点光源照明系２００Ａからの光束と固視標投影系２００Ｂからの光束とは、ビームスプリッタ２２０で同軸とされている。
【００４７】
そして光源１００と固視標２０５とは共役関係に維持されている。また照明光学系２００を移動させて、網膜に点光源及び固視標２０５の像が形成された後に、制御演算処理手段８００からの信号により、固視標投影系２００Ｂを僅かに遠ざけ雲霧させる。
【００４８】
また、第１の視度調整機構が、点光源照明系２００Ａと固視標投影系２００Ｂとの視度を、受光部５００での受光レベルに応じて、この受光レベルが最大となる様にして調整する様に構成されている。
【００４９】
本第１実施例である光学特性測定装置１００００は、被検眼１０００の遠点、近点、または、その間での、ある特定の屈折力を持った状態での光学特性を測定することを一つの目的としている。
【００５０】
従って、遠点での測定だけをとっても、被検眼１０００によって「ー２５ディオプター」から「２５ディオプター」程度の屈折力の差があるので、屈折力の変化に応じて照明光束が検眼眼底上で微小な領域を照明する様に構成されている。このため、光源１００と、点光源照明系２００Ａと、固視標投影系２００Ｂとが、制御演算処理手段８００からの信号により移動する様に構成されている。
【００５１】
また受光光学系３００は、第１のアフォーカルレンズ３０１と、第２のアフォーカルレンズ３０２と、変換部材４００と、受光素子５００とから構成されている。被検眼が適切な作動距離に位置している時には、次の関係を満足している。
【００５２】
即ち、第１のアフォーカルレンズ３０１の前側焦点は、被検査対象物である被検眼前眼部と略一致している。更に被検眼前眼部は、第１のアフォーカルレンズ３０１及び第２のアフォーカルレンズ３０２を介して、受光素子５００と略共役の関係となっている。
【００５３】
そして、照明光学系２００と受光光学系３００とは、光源１００からの光束が集光する点で反射されたとして、その反射光による受光部５００での信号ピークが最大となる関係を維持して、連動して移動し、受光部５００での信号ピークが強くなる方向に移動し、強度が最大となる位置で停止する様に構成されている。この結果、光源１００からの光束が、被検眼上で集光することとなる。
【００５４】
次に、変換部材４００について説明する。
【００５５】
受光光学系３００に配置された変換部材４００は、反射光束を複数のビームに変換する波面変換部材である。本第１実施例の変換部材４００には、光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズが採用されている。
【００５６】
ここでマイクロフレネルレンズについて詳細に説明する。
【００５７】
マイクロフレネルレンズは波長ごとの高さピッチの輪帯をもち、集光点と平行な出射に最適化されたブレーズを持つ光学素子である。ここで利用することのできるマイクロフレネルレンズは、例えば、半導体微細加工技術を応用した８レベルの光路長差をつけたもので、１次光と０次光とも４０％の集光効率を実現できる。
【００５８】
その結果、受光部５００には、変換部材４００に相当するマイクロフレネルレンズの１次光が被検眼の光学特性を示す光束として、マイクロフレネルレンズの０次光が被検眼前眼部像として、受光部５００に入射することとなる。
【００５９】
光源１００を連続点灯させている場合には、受光部において、光学特性測定用の光束と被検査対象物である被検眼前眼部の光束が同時に受光されるので、表示部７００には、離散的に光学特性測定用の光束の集光点が含まれた状態で、被検査対象物である被検眼前眼部像が形成される。
【００６０】
また、光源１００を点滅させた場合において、消灯時に受光部で被検眼前眼部のみの像が形成され、これを表示部７００で表示する。光学特性の測定期間は、被検眼前眼部の像をバッファメモリに記憶しておき、これを表示する様にすることもできる。
【００６１】
このため、光学特性測定用の光束が含まれない被検査対象物である被検眼前眼部の像を形成することができ、より望ましいと言える。
【００６２】
一方、眼底からの反射光は、第１のアフォーカルレンズ３０１及び第２のアフォーカルレンズ３０２を通過し、変換部材４００を介して、その１次光として受光部５００上に集光する。ここで０次光は透過光束に相当し、１次光は収束光束に相当する。
【００６３】
なお、球面成分Ｓ’円柱成分Ｃ、軸角度成分Ａとを測定する場合には、５個以上の、これら以外の高次の収差を必要とする。
【００６４】
また変換部材４００は、少なくとも５個の領域に分けられた各領域において
、収束作用を行うマイクロレンズ部と透過作用を行う開口部分で構成することも可能である。
【００６５】
本第１実施例の変換部材４００は、反射光束を少なくとも１７以上のビームに変換する波面変換部材から構成されている。
【００６６】
次に受光部５００は、変換部材４００で変換された複数のビームを受光するためのものであり、本第１実施例では、ＣＣＤが採用されている。このＣＣＤは、ＴＶ用などの一般的なものから測定用の２０００＊２０００素子等、何れのタイプのものが使用できる。
【００６７】
受光部５００をＴＶ用のＣＣＤを使用した場合には、解像度は劣るが、安価であり、通常、後処理で利用するパーソナルコンピューターへの入力も簡便である。この場合、ＣＣＤとそのドライバーからの画像信号出力は、ＮＴＳＣ信号とし、パーソナルコンピューターにＮＴＳＣ信号に適応した画像入力ボードを使用することで簡単に実現することができる。
【００６８】
また、受光部５００を測定用の２０００＊２０００素子のＣＣＤを採用した場合、装置は高価となるが、同様にアナログ信号を介してパーソナルコンピューターに測定値を入力することができる。
【００６９】
なお、ＣＣＤからの測定信号を、デジタル信号でパーソナルコンピューターに入力することも可能である。
【００７０】
そして受光光学系３００は、被検眼虹彩１２００と変換部材４００と略共役な関係を形成している。
【００７１】
また、受光光学系３００には、ビームスプリッタ３０３が挿入されており、照明光学系２００からの光を被検眼１０００に送光し、反射光を透過させる様に構成されている。
【００７２】
なお、受光部５００で受光した受光信号は、受光素子ドライバ５１０を介して光学特性演算部６００と表示部７００とに送出される様に構成されている。
【００７３】
次に、受光部５００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための光学特性演算部６００の動作原理について詳細に説明する。
【００７４】
「リレーレンズなしで動かない場合：球面成分も含めて測定する」
【００７５】
正視の場合 平行光入射で眼底に結像させ、眼底の二次光源が平行光で出射させる。
【００７６】
近視の場合には、収束光を出射させる。
【００７７】
正乱視の場合には、非点収差を求める。
【００７８】
不正乱視の場合には、高次の収差との混合を行う。
【００７９】
ことが基本となる。
【００８０】
ここで演算方法を詳細に説明する。
【００８１】
図２に示す様に変換部材４００の座標をＸ、Ｙとし、 受光部５００の座標を ｘ、ｙとすれば、波面は極座標表示ま又は、直交座標表示によって、
【００８２】
ｗ（ｒ、θ）＝Ｗ（Ｘ、Ｙ） ・・・・・・第１式
【００８３】
となる。
【００８４】
（ｉ、ｊ）番目の測定データは、同じ形式に
【００８５】
ｗ（ｒi、θj）＝Ｗ（Ｘi、Ｙj） ・・・・・・第２式
【００８６】
となる。測定データの内容については後で説明する。
【００８７】
波面の近似式として
【００８８】
を選ぶ。
【００９０】
この多項式中に現れる各成分を説明すると、
【００９１】
定数項は、Ｋである。
【００９２】
傾き角（アライメント誤差が反映される）は、
【００９３】
Ｇｒｃｏｓ（θーＴ）＝Ｇｃｏｓ（Ｔ）Ｘ＋Ｇｓｉｎ（Ｔ）Ｙ・・・・・第４式
【００９４】
球面 （符号の問題に関して）
【００９５】
「数１」
【００９６】
・・・・・第５式
【００９７】
Ｓが負のとき＋となり、Ｓが正のとき−となる。
【００９８】
正乱視 （符号の問題に関して）
【００９９】
「数２」
【０１００】
・・・・・第６式
【０１０１】
Ｃが負のとき＋、Ｃが正のときーとなる。
【０１０２】
各測定点の残差の二乗和は
【０１０３】
「数３」
【０１０４】
・・・・・第７式
【０１０５】
が最小になるようにＫ、Ｇ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａを決める。添え字のｉ、ｊは変換部材４００の１要素に対応する。実際には、データが傾き角で出現するため、それぞれの波面の微分値を使って計算する。なぜなら、本装置において測定するデータは光線の傾き角であるからである。
【０１０６】
光線の傾き角は直接波面の位置座標による微分で求めることができる。
本波面センサーで測定される量は基準からの横収差量である。
【０１０７】
図２で次の関係が近似的に成り立つことが知られている。
【０１０８】
「数４」
【０１０９】
・・・・・第８式
【０１１０】
「数５」
【０１１１】
・・・・・第９式
【０１１２】
ｌ（エル）は、変換部材４００と受光部５００との距離である。
【０１１３】
「波面と本波面センサーで計測する横収差量について」
【０１１４】
変換部材４００の中心点がＸ、Ｙの各素子においてｄｘ（Ｘ、Ｙ）、ｄｙ（Ｘ、Ｙ）を得る。
【０１１５】
ここで、ｄｘ、ｄｙは変換部材４００の１素子の対して、受光部５００上の、予め決まっている原点と、実際の光線の交点のｘ、ｙ方向それぞれの距離である。変換部材４００の１素子に対応する原点は、図２に示す様に、波面がＷ一様に平らで、つまり、眼屈折率特性が球面成分と乱視成分が共に０ディオプターで、あとで述べる不正乱視成分などの残差もない場合に、変換された光束が測定できる受光部５００上の点である。
【０１１６】
Ｓ、Ｃ、Ａがゼロで、残存収差もない状態の時のそれぞれの点の位置を（ｘ0 、ｙ0）とする。
【０１１７】
ｄｘ（Ｘi、Ｙj）＝ｘijーｘ0 ij ・・・・・・第１０式
【０１１８】
ｄｙ（Ｘi、Ｙj）＝ｙijーｙ0 ij ・・・・・・第１１式
【０１１９】
そして、微分を使った場合の残差の二乗和は、
【０１２０】
「数６」
【０１２１】
・・・・・・第１２式
【０１２２】
ここでも、残差を最小にするようなＦのパラメーターＧ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、を適当な非線型最適化手法、例えば、減衰最小二乗法などを使って求めればよい。
【０１２３】
Ｋ、Ｇ、Ｔは測定時の誤差などの影響と考えられる。オートレフではＳ、Ｃ、Ａが測定量となる。
【０１２４】
なお、球面と正乱視の式中に符号の定まらないところがあるが、それぞれの組み合わせを別々に計算して、最も残差の少ない場合を採用すればよい。
【０１２５】
Ａ 「不正乱視成分」
【０１２６】
残差が不正乱視成分になる。
【０１２７】
残差成分は、今までのオートレフでは構造上、測定することができない。また、ソフトウェアー的にも新しい工夫が必要である。
残差、つまり、不正乱視成分の解析には、
【０１２８】
（１） 残差量を自乗和の形で算出する。
【０１２９】
（２） 収差論で知られている方法と同様に成分に分ける。
【０１３０】
（３） Ｓ、Ｃ、Ａで表される波面を基準面として、ずれ量をすべて出力する。
【０１３１】
等が考えられる。
【０１３２】
また、不正乱視の大きい場合には、波面そのものの歪みを知るために、基準波面をＳによるもの、または、単に、平面によるものなども必要になる場合がある。
【０１３３】
「残差量の自乗和」
【０１３４】
既に、前記の方法で決定されたＫ、Ｇ、 Ｔ、 Ｓ、Ｃ、Ａを使って、残差の自乗和を測定する。Ｎ行Ｍ列とすると、点数ｎ=Ｎ＊Ｍの自乗を２倍した数で割っ たものであり、
【０１３５】
「数７」
【０１３６】
・・・・・・第１６式
【０１３７】
となる。
【０１３８】
Ｂ 「成分別の分析」
【０１３９】
これらは、
【０１４０】
コマ収差成分 ｒ(2n+1)ｃｏｓ（θ＋Ｔn）、ｎ＝１、２・・・・
【０１４１】
球面収差成分 ｒ2n ｎ＝２、３・・・・
【０１４２】
高次の非点収差 ｒ2nｃｏｓ2（θ＋Ａn）、ｎ＝１、２・・・・
【０１４３】
このほか回転方向に非点成分よりも高次の収差が存在し、これが大事である。一般的にこれらは、
【０１４４】
ｆ（ｒ）ｃｏｓn（θ＋Ｔn）、ｎ＝２、３・・・・
【０１４５】
これらの項のパラメータを決めるために、光線の傾き角から先に得られたＧ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａにより、傾き角、球面、正乱視の各成分に寄与した量を引き去る。その上で、ここで述べた、コマ収差成分、球面収差成分、高次の非点収差およびその他の寄与を計算することができる。
【０１４６】
Ｃ 「基準波面からのずれ量を出力」
【０１４７】
基準波面Ｗb と実際のＷr の同位置でのｚ方向での距離差を表示する。
【０１４８】
ここで次の様に定義する。
【０１４９】
Ｆb、Ｆrは、Ｆから定数項と傾き角項を除いたものである。
【０１５０】
それぞれ、波面を近似した関数で表記し直したもので、
【０１５１】
（基準波面）＝Ｗb（Ｘi、Ｙj）＝Ｆb（Ｓ、Ｃ、Ａ、Ｘi、Ｙj）
【０１５２】
（再生波面）＝Ｗr（Ｘi、Ｙj）＝Ｆr（Ｓ、Ｃ、Ａ、不正乱視成分のパラメータ、Ｘi、Ｙj）
【０１５３】
Δ（デルタ）ｚij＝Ｗr（Ｘi、Ｙj）−Ｗb（Ｘi、Ｙj）
【０１５４】
・・・・・・第１７式
【０１５５】
ここで、全ての表示は波長単位で行うことができる。また、μｍ等の単位で表示することも可能である。
【０１５６】
Ｄ 「基準波面からのパワーのずれを表示する」
【０１５７】
（１） 残差を成分別に計算したものからパワーを計算する。（前と同様）
【０１５８】
（２） 残差成分のみからその点の残差成分のみによる傾き角を求め、それと 、近傍の点の傾き角からパワーを計算する。
【０１５９】
（３） 測定値から基準波面Ｗbによって計算されるその点の傾き角を引き去り、その後で、周辺の点（典型的には８個又は、１５個）から、その点 のパワーを計算する。
【０１６０】
なお、パワーは、図３に示す様に、微分幾何で教えるところの曲面のある点での最大曲率と最小曲率に関係した量と方位を直接表示する。即ち、曲率半径Ｒで収束している時のパワーは、１／Ｒと表現される。
【０１６１】
更に、図４及び図５に示す様に、ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬ ＰＯＷＥＲを表示する方法がある。
【０１６２】
正乱視は一般に垂直子午線方向のパワーが強く、水平子午線方向のパワーが弱い。パワーはディオプターで表示することが通例である。
【０１６３】
ここで、変換部材４００が、反射光束を少なくとも１７以上のビームに変換することについて詳細に説明する。
【０１６４】
測定は、球面成分Ｓ、円柱成分Ｃ、軸角度Ａの測定であれば、原点と異なる４つの動径方向の４点の少なくとも５点のデータから計算できる。更に、最低その１次づつ高次の情報が必要であれば、測定点は、２＊８＝１６と原点の合計で少なくとも１７点以上となる。
【０１６５】
従って、光学特性演算部６００は、受光部５００の受光面上の複数のマイクロフレネルレンズによる１次光の収束位置から光束の傾き角を求め、これに基づき被検眼１０００の光学特性を求めることができる。
【０１６６】
なお、変換部材４００にマイクロフレネルレンズを使わない場合には、受光データの１点はぼやけた像になるので、各点の重心を求める。
【０１６７】
そして、マイクロフレネルレンズを使った場合でも、図６に示す様に、受光素子でわざとぼかした像を観察することにより位置測定精度を向上させることができる。また、投影される光束が受光面において複数の画素上に投影される様にし、各画素の光束の強度を参考にして重心位置を求めることもできる。
【０１６８】
この様に重心の計算をすることにより、素子の１／１０以下の測定位置精度を確保することができる。
【０１６９】
更に、光学特性演算部６００の演算結果を表示するための表示部７００を設けてある。
【０１７０】
この表示部７００は、被検眼１０００の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度並に、これ以外の不正乱視成分とに分けて、光学特性演算部６００で得られた結果を表示すると共に、受光部５００からの信号に基づき、被検眼前眼部が表示される様に構成されている。
【０１７１】
例えば、
【０１７２】
（１） 「球面成分、正乱視成分及びその軸角度の表示」
【０１７３】
不正乱視成分は、こま成分、高次の球面収差成分、高次の非点収差成分を表示する。
【０１７４】
（２）「球面成分、正乱視成分及びその軸角度の表示」
【０１７５】
不正乱視成分は、球面成分、正乱視成分のみで構成される波面からのずれを２次元的に表示する。
【０１７６】
（３） 「２次元的に波面の曲率をたとえばディオプターで表示」
【０１７７】
グラフィックに表示も可能である。各表示点に非点収差がある場合曲率が２種類存在する。微分幾何学の教えるところにより、両者は直交している。
【０１７８】
この表示部７００は、被検眼１０００の光学特性をグラフィックに表示することができ、例えば、被検眼１０００を全部から見た図（ｘ、ｙ座標）で表示したり、ｘ、ｙ座標にパワーを例えばディオプター表示でマッピングすることができる。
【０１７９】
更に表示部７００は、被検眼１０００の光学特性を正常眼からの偏差で表示することもできる。
【０１８０】
また計測で求めたＳ、Ｃ、Ａの値から再現した標準となる波面からのずれを波長オーダーでｘ、ｙ座標系にマッピングすることもできる。
【０１８１】
そして表示部７００は、被検眼１０００の光学特性を正常眼からの偏差でグラフィックに表示することもできる。そして、これらの表示は等高線表示することもできる。
【０１８２】
この等高線表示は、例えば、擬似カラーによるマッピングとすることもできる。
【０１８３】
次に、図７（ａ）と図７（ｂ）に基づいて、アラインメントについて説明する。
【０１８４】
ここで、図７（ａ）に示す様に、受光系の移動レンズ群３０２より被検者側のレンズを対物レンズ群３０１とすると、アライメントは、被検物の測定基準面（被検物が眼の場合には、出射瞳、角膜表面）に、対物レンズ群３０１の前側焦点が一致する様に配置すればよいことになる。
【０１８５】
測定光線が、対物レンズ群３０１を通過した後、光軸と交わる点（被検物が眼の場合には、眼底と略共役点となる）に移動レンズ群３０２の前側焦点が来る様に、移動レンズ群３０２が移動する。これにより、受光部５００には、常に略平行光が入射され、測定基準面での測定領域を略一定とすることができる。
【０１８６】
そして、例えば被検物が眼の場合において、光線の前眼部の測定基準面での正確な位置は、光線の変換部材４００通過位置と、受光部５００の受光位置に基づいて、内挿又は外挿法により、移動レンズ通過後の前眼部の測定基準面の共役点での光線座標を求め、光学系の横倍率で割ることにより得ることができる。
【０１８７】
ここで図７（ｂ）基づいて、動作を説明する。
【０１８８】
Ｓ１（ステップ１、以下、Ｓ１と略する）では、光源１００を点灯させる。次にＳ２では、被検物を固定する。そしてＳ３では、対物レンズ群３０１の前側焦点位置と、被検物が一致する様にする。更にＳ４では、光源１００の像と移動レンズ群３０２の前側焦点とが一致する様に、移動レンズ群３０２を移動させる。そしてＳ５では、マイクロフレネルレンズ（ハルトマン板）４００の０次光と１次光とを利用して像を形成し、Ｓ６では、受光部５００に相当する２次元受光素子で、Ｓ５で形成された像を受光する様に構成されている。
【０１８９】
なお、図７（ｃ）に示す様に、レンズメータの場合には、印点を利用してアライメントが行えるという効果がある。
【０１９０】
また、本第１実施例では、被検対象物を眼として説明しているが、眼に限られるものではなく、何れの被検査対象物の光学特性を測定することができる。
【０１９１】
更に本第１実施例はの変換部材４００は、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する様になっているが、少なくとも５本のビームに変換するものを採用すれば足りる。
【０１９２】
［第２実施例］
【０１９３】
本発明の第２実施例である光学特性測定装置２００００は、図８に示す様に、照明用の光源１００と、この光源１００からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系２００と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部５００に導くための受光光学系３００と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための変換部材４００と、変換部材４００で変換された複数の光束を受光する受光部５００と、この受光部５００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための光学特性演算部６００と、全体の制御を司るための制御演算処理手段８００とから構成されている。
【０１９４】
本第２実施例の光源１００の波長は、可視域を避けて、例えば、略８４０ｎｍのものを使用している。従って、被験者に測定用の光を感じさせることなく測定を行うことができる。
【０１９５】
照明光学系２００は、第１の集光レンズ２０１と、液晶部材２１０と、第２の視度調整機構２２０とから構成されている。第２の視度調整機構２２０は、受光部５００の受光レベルに応じて制御演算手段８００からの信号に応じて制御されるもので、その受光レベルが最大となる様にして視度調整を行うものである。
【０１９７】
この液晶部材２１０は、図９に示す様に、中心付近に開口を形成する第１照明状態と、周辺部付近に開口を形成する第２照明状態とを形成することができる。
【０１９８】
液晶部材２１０の部分的な開口の形状は、光学系の要求により自由に変えられる特徴がある。
【０１９９】
なお図１０に示す様に、液晶部材２１０は、制御演算処理手段８００が、液晶用ドライバを介して駆動される様に構成されている。
【０２００】
受光光学系３００は、第１の測定レンズ３１０と、第２の測定レンズ３１１と、第３の測定レンズ３１２と、固視標光学系３２０と、第３の視度調整機構３１５と、テーパーファイバーハンドル３１６と、第２のビームスプリッタ３１８から構成されている。
【０２０１】
固視標光学系３２０は、固視標用レンズ３１３、固視標３１４及び調整機構３２３とから構成されている。調整機構３２３は、制御演算処理手段８００からの信号により、固視標３１４が、眼底と共役な位置よりも眼底から離れる方向に位置する様に光軸に沿って移動させ、いわゆる雲霧状態を形成するものである。
【０２０２】
なお、第１のビームスプリッタ３１７は、照明光学系２００からの光を被検眼１０００に向けて反射させ、被検眼１０００からの反射光を透過させる様に構成されている。
【０２０３】
受光光学系３００は、第１の測定レンズ３１０と第２の測定レンズ３１１に関して、被検眼１０００の虹彩１２００と受光部５００とを略共役関係を保つ様に構成されている。
【０２０４】
被検眼虹彩１２００と受光部５００との共役関係は、まず、器械全体と被検眼との作動距離が適切、即ち、第１測定レンズ３１０と被検眼１０００との距離を適切なものとなる様に調整することで行われる。この作業には、従来の周知の各種手段が採用できる。
【０２０５】
そして受光光学系３００は、受光部５００の受光面と被検眼１０００の虹彩１２００と略共役関係を保ち、かつ、被検眼眼底からの反射光束が略平行光束となるような調節機能を有している。
【０２０６】
本実施例の場合、被検眼の球面成分は、第３の測定レンズ３１２以降の受光部５００側及び固視標光学系３２０を一体に移動することによって受光部５００における測定対象から除くことができる。
【０２０７】
従って、視度調整、即ち、被検眼眼底１３００と受光部５００の受光面とを略共役の関係とする操作は、第３の視度調整機構３１５が、光学特性演算手段６００によって得られた球面成分Ｓに応じた制御演算処理手段８００からの信号に基づき、この球面成分Ｓが最小となる様に、第３の測定レンズ３１２以降の光学要素を一体に移動することにより行われる。
【０２０８】
この場合、光学照明系２００の第２の視度調整機構２２０と第３の視度調整機構３１５とが独立制御される様に構成することもできる。そして、何れか一方の視度調整機構のみの調整で足りる場合もある。
【０２０９】
第１測定レンズ３１０と第２の測定レンズ３１１とが、アフォーカル光学系を形成する場合、第３の測定レンズ３１２以降の光学要素が、照明光学系２００の移動に連動して動くことになる。そして、倍率によっては同じ距離だけ動くため、移動機構を共通化することもできる。
【０２１０】
なお、この視度調整機構による移動は、極度の近視眼や遠視眼の測定、近点での測定のために、測定幅を拡大するために行うこともできる。
【０２１１】
変換部材４００と受光部５００の間に、テーパーファイバーバンドル３１６を挿入し、簡単に変換部材４００から受光部５００への倍率の変換を実施することもできる。
【０２１２】
光学特性演算部６００は、受光光学系３００のレンズを移動させることにより、
【０２１３】
の球面成分が取り除かれているか、又は、非常に小さくなっている場合がある。この場合は、多項式から球面成分を除いて処理を行う。処理方法は、第１の実施例と同様である。
【０２１５】
最終的に屈折特性として表示する前に、レンズの移動量から球面成分の大きさを計算する。
【０２１６】
また、光学系の設定によっては、レンズを移動しても多項式の球面成分を無視できるほど小さくない場合もありうる。この場合は第１の実施例の演算がそのまま適用される。
【０２１７】
最終的に屈折特性として表示する前に、レンズの移動量から球面成分の大きさを計算して、多項式近似による球面成分量に加える。
【０２１８】
第１実施例と同様に、受光部５００からの信号に基づき、光学特性の測定及び前眼部の観察を行うことができる。
【０２１９】
以上の様に構成された第２実施例の光学特性測定装置２００００のその他の構成及び作用は、第１実施例である光学特性測定装置１００００と同様であるから説明を省略する。
【０２２０】
また、図１１に基づいて変形例を説明する。
【０２２１】
本変形例は、光源１００と、第１測定レンズ３１０と、第２の測定レンズ３１１と、変換部材４００と、受光部５００とから構成されている。
【０２２２】
第１測定レンズ３１０の前側焦点位置に、被検対象物２０００を配置する。そして、光源１００と、第２の測定レンズ３１１の前側焦点位置とが共役な位置となっており、受光部５００は、第２の測定レンズ３１１の後側焦点位置に配置されている。
【０２２３】
変換部材４００は、これに設けられているマイクロフレネルレンズの焦点距離ｆh だけ、受光部５００の前方に配置されている。
【０２２４】
なお、図１１中において、実線は１次光を利用した場合を示すものであり、破線は０次光を使用した場合を示すものである。
【０２２５】
また、他の次数の光は、受光部５００の像面でボケルので、１次光と０次光とを利用して測定することができる。
【０２２６】
測定は、球面成分Ｓ、円柱成分Ｃ、軸角度Ａの測定であれば、原点と異なる４つの動径方向の４点の少なくとも５点のデータから計算できる。更に、最低その１次づつ高次の情報が必要であれば、測定点は、２＊８＝１６と原点の合計で少なくとも１７点以上となる。
【０２２７】
以上の様に構成された第２実施例の光学特性測定装置２００００のその他の構成及び作用は、第１実施例である光学特性測定装置１００００と同様であるから説明を省略する。
【０２２８】
また、本第２実施例では、被検対象物を眼として説明しているが、眼に限られるものではなく、何れの被検査対象物の光学特性を測定することができる。
【０２２９】
更に本第２実施例はの変換部材４００は、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する様になっているが、少なくとも５本のビームに変換するものを採用すれば足りる。
【０２３０】
以上の様に構成された本発明は、眼に使用した場合には、不正乱視等の光学特性を測定することができると共に、前眼部等の観察を行うことができるという卓越した効果がある。
【０２３１】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、照明用の光源と、該光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、前記被検眼前眼部の像を形成するための前眼部表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成されているので、不正乱視等の光学特性を測定することができると共に、前眼部等の観察を行うことができるという卓越した効果がある。
【０２３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の光学特性測定装置１００００の構成を示す図である。
【図２】原理を説明する図である。
【図３】パワーを、最大曲率と最小曲率に関係した量と方位を直接表示する方法を示すものである。
【図４】ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬ ＰＯＷＥＲを表示する方法を示す図である。
【図５】ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬ ＰＯＷＥＲを表示する方法を示す図である。
【図６】位置測定精度を向上させる方法を示す図である。
【図７（ａ）】アライメントを説明する図である。
【図７（ｂ）】アライメントの動作を説明する図である。
【図７（ｃ）】レンズメータの場合を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施例の光学特性測定装置２００００の構成を示す図である。
【図９】液晶部材２１０を説明する図である。
【図１０】液晶部材２１０の駆動構成を説明する図である。
【図１１】本実施例の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
１００００ 第１実施例の光学特性測定装置
２００００ 第２実施例の光学特性測定装置
１０００ 被検眼
１１００ 角膜
１２００ 虹彩
１３００ 網膜
１００ 光源
１０１ 光源駆動手段
２００ 照明光学系
２０１ 第１の集光レンズ
２０２ 可変絞り
２０３ 第２の集光レンズ
２０４ 固視標結像レンズ
２０５ 固視標
２１０ 液晶部材
２２０ 第２の視度調整機構
３００ 受光光学系
３０１ 第１のアフォーカルレンズ
３０２ 第２のアフォーカルレンズ
３０３ 絞り
３１０ 第１の測定レンズ
３１１ 第２の測定レンズ
３１２ 第３の測定レンズ
３１５ 第３の視度調整機構
３２０ 固視標光学系
３１３ 固視標用レンズ
３１４ 固視標
３２３ 調整機構
４００ 変換部材
４１０ 液晶部材
５００ 受光部
６００ 光学特性演算部
８００ 制御演算処理手段
【数１】
Claims (10)
- 照明用の光源と、該光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過作用を受けた光束に基づき、前記被検眼前眼部の像を形成するための前眼部表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検眼の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成される光学特性測定装置。
- 変換部材は、前記反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させる様に構成されている請求項１記載の光学特性測定装置。
- 区分される領域が、５個に代えて１７個である請求項１又は２記載の光学特性測定装置。
- 変換部材は、光軸と直交する面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレンズで構成されている請求項１記載の光学特性測定装置。
- 光学特性演算部が、前記複数のマイクロフレネルレンズによる受光部の受光面上での前記反射光束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、この傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求める請求項１〜３何れか１つに記載の光学特性測定装置。
- 受光光学系は、被検眼虹彩と前記受光面とが略共役な関係を形成する様に構成された請求項１記載の光学特性測定装置。
- 照明光学系は、被検眼の瞳と略共役付近に、被検眼の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被検眼の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状態を形成する光束遮蔽部材を配置した請求項１記載の光学特性測定装置。
- 照明用の光源と、該光源からの光束を被検査対象物に向かわせるための照明光学系と、被検査対象物による反射又は屈折された光束を受光し受光部に導くための受光光学系と、この反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、該領域において光束を収束させる収束作用と光束を透過させる透過作用とを有する変換部材と、該変換部材で変換された光束を受光するための受光部と、この受光部で得られた前記変換部材からの透過光束に基づき、前記被検査対象物の像を形成するための被検査対象物表示部と、前記受光部で得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に基づき、被検査対象物の光学特性を求めるための光学特性演算部とから構成される光学特性測定装置。
- 変換部材は、前記反射光束を少なくとも５個の領域に区分して、０次光と１次光とに回折させる様に構成されている請求項８記載の光学特性測定装置。
- 区分される領域が、５個に代えて１７個である請求項８又は９記載の光学特性測定装置。
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