JP3896211B2

JP3896211B2 - 眼科測定装置

Info

Publication number: JP3896211B2
Application number: JP07161598A
Authority: JP
Inventors: 孝佳鈴木; 則彦横井
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: ES2247758T3; JPH11267102A; ATE306843T1; EP0943288B1; EP0943288B8; US20070258043A1; US7413304B2; DE69927727T2; EP0943288A1; US7278740B1; DE69927727D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼科測定装置、更に詳細には、下眼瞼に溜まる涙液の物理量を非接触で測定する眼科測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＶＤＴ（visual display terminal）作業者の増加や冷暖房による部屋の乾燥などによりドライアイ患者が増加している。ドライアイになると角膜上皮や結膜上皮障害、その他にも種々の眼科疾患を併発するおそれがあり、ドライアイの診断は眼科診断の上で重要なテーマとなっている。
【０００３】
従来は、生体染色検査、涙液量検査などによりドライアイの診断を行なっていたが、薬物点眼や異物接触を伴うため被検者の苦痛は避けられなかった。そこで、非接触的にドライアイを検出するために、被検眼にコヒーレント光を照射して涙液層での干渉縞を観察する方法が試みられている。これら装置では、被検眼の涙液層の油膜で形成される干渉模様（虹色に変化するカラーの干渉模様）のカラー画像が受光光学系の光電変換素子により光電変換され、その干渉模様のカラー画像が表示手段に表示されるので、診断者はこの干渉模様を観察することにより涙液層の状態を知り、ドライアイの簡易的診断を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の装置により涙液層の油膜により形成される干渉縞を見ることはできるが、干渉縞の明暗のコントラストが低く、干渉縞に基づく良好な眼科診断が困難になるとともに、画面の色模様を診断者が直接見て、ドライアイのグレードを評価しており、定性的な測定しかできない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、下眼瞼縁に溜まる涙液の物理量を定量的に測定しドライアイの病態を診断することが可能な眼科測定装置を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）は、この課題を解決するために、
スリット状の開口を複数形成した格子と、
前記開口を下眼瞼に溜まる涙液表面に投影する投影手段と、
涙液表面に投影された前記開口の像を撮像する撮像手段と、
撮像された前記開口の像に基づいて涙液の物理量を演算する手段とを有し、
前記涙液表面に投影される中央部の格子像と周辺部の格子像とでその向きを、格子開口を直交する直線が一点に集まるように、変化させる構成を採用した。
【０００７】
涙液表面（涙液メニスカス）は凹面鏡の役割をしているので、撮像される開口の像倍率は涙液表面の曲率半径によって変化する。そこで、本発明では、開口像の像倍率を求め、涙液表面の曲率半径を求める。この曲率半径は、ドライアイの病態に影響する涙液量に関係するので、涙液表面の曲率半径を求めることにより、ドライアイの重症度あるいはその改善を定量的に評価することが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１には、涙液量を測定する涙液メニスコメータの原理が図示されている。涙液は最表層より油層、水層、ムチン層からなっており、油層はマイボーム腺から分泌され、瞼を閉じるとき瞼で圧縮される。このとき涙液３は、図１（Ａ）、（Ｂ）に図示したように、眼１の下眼瞼縁２に貯留する。そして、ドライアイ（かわき目）の検査は、この下眼瞼縁に溜まる涙液量と関連付けて行なわれ、涙液量が少ないほど、ドライアイは重症となる。
【００１０】
涙液量Ｖと涙液３の表面の曲率半径ｒの関係は、角膜４及び瞼２が曲面であるため、Ｖが増加するとｒも大きくなる。この関係が図１（Ｃ）、（Ｄ）に図示されており、涙液量Ｖが、Ｖ1からＶ2に増加すると、涙液表面の曲率半径もｒ1からｒ2に増大する。このときθ1、θ2は表面張力で決まる定数であり、ドライアイの重症度によって変化するが、ｒの変化に比較すると無視できるほどに小さい。
【００１１】
そこで本発明では、涙液表面（涙液メニスカス）の曲率半径ｒを測定することにより涙液量Ｖを検出するようにする。そのため、本発明では、涙液表面に格子像を投影し、その格子像を解析することにより涙液の物理量、すなわち涙液表面の曲率半径ｒを測定する。その原理構成が図２に図示されている。
【００１２】
図２（Ａ）において、光制御手段としての格子１２は、ランプ１０からの光により対物レンズ１１を介して照明され、涙液メニスカスのモデルとなる凹面鏡１３に投影される。この凹面鏡により格子像１４が形成され、格子像１４が撮影レンズ１５により撮像手段としてのカメラ１６で撮像される。
【００１３】
今、（Ｂ）に示した半径ｒの凹面鏡（涙液メニスカス）からワーキングディスタンスＷの距離にある高さｄの格子は凹面鏡によりＷ1の距離にｄ1の像に変換される。よく知られた、
２／ｒ＝（１／Ｗ）＋（１／Ｗ1）の関係から
Ｗ1＝（ｒＷ）／（２Ｗ−ｒ）が得られ、
またｄ1／ｄ＝Ｗ1／Ｗの関係から
ｄ1＝（ｄ／Ｗ）×Ｗ1が得られる。
【００１４】
両式からｄ1＝（ｄ／Ｗ）×｛ｒＷ／（２Ｗ−ｒ）｝
ｄ1＝｛ｄｒ／（２Ｗ−ｒ）｝となる。
【００１５】
ここで、Ｗ＞＞ｒ（例えばＷ＝２４、ｒ＝０．３）ならば
２Ｗ−ｒ≒２Ｗとなり、
ｄ1≒（ｄｒ／２Ｗ）の近似式が得られ、
ｒ＝（ｄ1／ｄ）×２Ｗとなる。
【００１６】
格子像ｄ1がモニタにβ倍に拡大されて（Ｃ）に示したようにＤの大きさになったとすると、Ｄ＝β×ｄ1であるので、
ｒ＝（Ｄ／β）（２Ｗ／ｄ）となり、
モニタが例えば１４型のテレビの場合にはβ＝１９０．９となるので、
ｒ＝（Ｄ／１９０．９）（２Ｗ／ｄ）となる。
【００１７】
ｄは格子サイズ（格子ピッチ）で定数であり、またＷはワーキングディスタンスで設計で決まる値であり、アライメントで多少変化するが、無視できるほどに小さい値であることから、モニタで表示される格子像の大きさＤを測定することにより涙液量Ｖに関係した涙液メニスカスの半径ｒを知ることができる。
【００１８】
上述した原理に基づいて具体化した装置が図３に図示されている。同図において、ハロゲンランプ２１からでた光は、熱線をカットするフィルタ２２、偏光板２３、照明レンズ２４を介して、ハーフミラーあるいは穴開きミラー等のミラー２５で反射され、対物レンズ２６を介して光制御手段としての複数の開口を有する格子２７を照明し、照明された格子２７は下眼瞼３６に溜まる涙液メニスカス２８に投影される。
【００１９】
この格子２７は、図４に示したように、Ｄ1×Ｄ2の大きさの基板にＤ3×Ｄ5の同じ大きさのスリット状開口を複数個（５個）それぞれＤ4の距離を隔てて等間隔に配置し、上下にＤ6の余白を、また左右にＤ7の余白を設けた格子縞である。各寸法は、例えば、Ｄ1＝４８．０ｍｍ、Ｄ2＝１５．０ｍｍ、Ｄ3＝９．０ｍｍ、Ｄ4＝４．０ｍｍ、Ｄ5＝４．０ｍｍ、Ｄ6＝６．０ｍｍ、Ｄ7＝３．０ｍｍに設定される。この例では、図２（Ｂ）に示したｄ（格子ピッチ）はｄ＝Ｄ4＋Ｄ5＝８ｍｍとなる。
【００２０】
投影された格子２７からの光は涙液メニスカス２８で反射され、涙液メニスカスの近傍に格子像を形成する。この涙液メニスカスにより形成された格子像は、対物レンズ２６、ミラー２５を通過して撮影レンズ２９により偏光板３０を介してＣＣＤカメラ３１で撮像され、その像が演算回路３２で画像処理される。例えば、この演算回路で画像信号を２値化して各開口の画素の座標位置を求めることによりｄ＝Ｄ4＋Ｄ5に対応したＣＣＤカメラ上での格子像ピッチを求めることができる。また、演算回路３２は、これにレンズ倍率を考慮して涙液メニスカスにより形成される格子像ピッチｄ1を演算し、上記ｒ＝（ｄ1／ｄ）×２Ｗの式に従って涙液メニスカス２８の曲率半径ｒを演算する。
【００２１】
上述したように、格子像が結像される際、涙液メニスカス８が凹面鏡の役割をしているので、格子像の結像倍率は涙液メニスカスの曲率半径ｒによって変化する。涙液表面の曲率半径を求めることにより、ドライアイの重症度を定量的に評価することが可能になる。各演算結果ないし評価は、モニタ３３に表示することができる。
【００２２】
なお、照明ないし投影系に配置される偏光板２３と、撮像系に配置される偏光板３０は偏光方向が同じ向きになっており、同じ方向の光を透過するように設置される。涙液メニスカスが液体で、反射の際、偏光状態がくずれにくいので、これらの偏光板を用いることにより撮像時のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００２３】
図５には、格子の他の例が図示されており、この例では、格子ピッチが細かくされ、例えば、Ｄ1＝４８．０ｍｍ、Ｄ2＝１５．０ｍｍ、Ｄ3＝９．０ｍｍ、Ｄ4＝２．０ｍｍ、Ｄ5＝２．０ｍｍ、Ｄ6＝７．０ｍｍ、Ｄ7＝３．０ｍｍに設定され、格子ピッチは４ｍｍとなる。
【００２４】
ワーキングディスタンスＷを２４ｍｍ、格子ピッチを図４に示した８ｍｍとし、モニタ３３を１４インチ型として、ｒがどの程度正確で有るかを、半径０．３０ｍｍのガラス管及び半径０．１５ｍｍのピアノ線を図３の装置を用いて（演算装置３２は使用しない）実測した結果を以下に示す。１４インチ型のモニタの場合、β＝１９０．９となるので、上述した式から半径ｒは

となる。
【００２５】
半径０．３０ｍｍのガラス管の場合、モニタで観察される格子ピッチＤを、例えば定規により１０回測定した平均値が９．５５ｍｍであったので、ｒ＝０．０３１４×９．５５＝０．３０ｍｍとなり、その値は正確であった。また、半径０．１５ｍｍのピアノ線の場合、Ｄの１０回の計測平均値は４．５８ｍｍであり、ｒ＝０．０３１４×４．５８＝０．１４ｍｍとなった。、誤差は僅か０．０１ｍｍであり、かなりの精度でメニスカスの半径を計測できることが確認できた。
【００２６】
なお、涙液メニスカス２８は、横長の形状になっており、また目尻の方へ行くと角度が変わるので、格子２７を回転可能とすることで、図６に図示したように、涙液表面に投影される中央部の格子像４０と周辺部の格子像４１とでその向きを変化させるようにする。例えば格子開口を直交する直線が一点に集まるように変化させることにより涙液照明光を効率よく涙液メニスカスに導くことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、スリット状の開口を複数形成した格子と、前記開口を下眼瞼に溜まる涙液表面に投影する投影手段と、涙液表面に投影された前記開口の像を撮像する撮像手段と、撮像された前記開口の像に基づいて涙液の物理量を演算する手段とを有し、前記涙液表面に投影される中央部の格子像と周辺部の格子像とでその向きを、格子開口を直交する直線が一点に集まるように、変化させるようにしているので、ドライアイの重症度あるいはその変化を定量的に評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は下眼瞼に涙液が溜まる状態を示した説明図、（Ｃ）、（Ｄ）は涙液メニスカスの曲率半径と涙液量の関係を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は涙液メニスカスの曲率半径を測定する原理を示した光学図、（Ｂ）は涙液メニスカスによる格子像の形成を示した説明図、（Ｃ）はモニタに表示される格子像の説明図である。
【図３】本発明の装置の構成を示した構成図である。
【図４】格子の寸法例を示した説明図である。
【図５】格子の他の寸法例を示した説明図である。
【図６】涙液メニスカスの中央部と周辺部に投影される格子像を示した説明図である。
【符号の説明】
２１ランプ
２２フィルタ
２３偏光板
２４照明レンズ
２５ミラー
２６対物レンズ
２７格子
２８涙液メニスカス
２９撮影レンズ
３０偏光板
３１カメラ
３２演算回路
３３モニタ

Claims

スリット状の開口を複数形成した格子と、
前記開口を下眼瞼に溜まる涙液表面に投影する投影手段と、
涙液表面に投影された前記開口の像を撮像する撮像手段と、
撮像された前記開口の像に基づいて涙液の物理量を演算する手段とを有し、
前記涙液表面に投影される中央部の格子像と周辺部の格子像とでその向きを、格子開口を直交する直線が一点に集まるように、変化させることを特徴とする眼科測定装置。
前記開口の像に基づいて涙液表面の曲率半径を演算することを特徴とする請求項１に記載の眼科測定装置。
前記演算された涙液表面の曲率半径に基づいてドライアイの病態を評価することを特徴とする請求項２に記載の眼科測定装置。
前記複数の開口が等間隔に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の眼科測定装置。
前記投影手段と撮像手段にそれぞれ偏光板を設けることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の眼科測定装置。
投影手段と撮像手段の光学系を同軸上に配置することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の眼科測定装置。