JP4237537B2

JP4237537B2 - 眼科装置

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Publication number: JP4237537B2
Application number: JP2003120967A
Authority: JP
Inventors: 俊文三橋; 陽子広原
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2004321508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼科装置に係り、特に、被検眼の光学特性を波面センサを用いて測定した結果により、ドライアイの状態を判別するための眼科装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ドライアイに関連する眼科測定装置としては、次のような技術が挙げられる。
特許文献１には、所定の蛍光剤を点眼した被検眼の角膜及び涙液からの蛍光強度を定量的に測定する眼科測定装置が記載されている。特許文献２には、脂質層の表面と裏面の反射光の干渉による干渉模様のカラー画像を観察することにより、被検眼の脂質層の状態、涙液の流れの様子などを知ることができ、非接触で局所的なドライアイの簡易的診断を容易に行うことができる眼科装置が記載されている。また、特許文献３には、被検眼の涙液層から反射される信号光のみをＣＣＤに入射することで、観察視野にケラレを生じることなく、広い観察視野で妨害光のない鮮明な涙液干渉パターンを観察できる眼科涙液観察装置が記載されている。
【特許文献１】
特開平６−２７７１７９号公報
【特許文献２】
特開平７−１３６１２０号公報
【特許文献３】
特開平８−５２１１２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のドライアイの臨床に用いられる眼科測定装置としては、必ずしも十分にドライアイの状態の判別に関する要求を満たしているとはいえなかった。
本発明は、以上の点に鑑み、基本原理として、涙液層がドライアップすると角膜形状が変化すること及び／又は波面収差が大きくなることを利用することにより、ドライアイの臨床に有効に用いることができる眼科測定装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、瞬きをカウントすることで目の疲労を考慮することができる眼科測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段によると、
被検眼角膜に所定形状の測定光束を入射する第１照明光学系と、
被検眼角膜から反射光を受光する第１受光光学系と、
上記第１受光光学系からの受光反射光を電気信号に変換する第１受光部と、
測定開始時点と、その後の所定期間、複数回、上記第１受光部の受光信号から被検眼の角膜形状を求め、さらに角膜波面収差を計算する測定部と、
上記測定部の測定結果から角膜波面収差の５次以上の高次収差の時間的変化を求め、該時間的変化により、ドライアイの状態を判断する判定部と、
を備えた眼科装置が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
１．光学系構成
図１に、眼科装置の光学系の構成図を示す。
眼科装置は、第１照明光学系１０と、第１光源部１１と、第１測定部２５と、前眼部照明部３０と、前眼部観察部４０と、第１調整光学部５０と、第２調整光学部７０と、視標光学部９０を備える。また、第１測定部２５は、第１受光光学系２０と、第１受光部２１を含む。なお、被検眼１００については、網膜（眼底）、角膜（前眼部）が示されている。また、座標（ｘ，ｙ）及び座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）、距離Ｚ_ｓ等の関係については後述する。
【０００６】
以下、各部について詳細に説明する。
第１照明光学系１０は、第１光源部１１からの光束で被検眼１００の眼底上で微小な領域を照明するためのものである。第１照明光学系１０は、例えば、集光レンズと、バリアブルシリンダーレンズと、リレーレンズとを備える。
【０００７】
第１光源部１１は、第１波長の光束を発する。第１光源部１１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。ここでは、一例として、第１光源部１１には、ＳＬＤ（スーパールミネセンスダイオード）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。なお、第１光源部１１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、回転拡散板や偏角プリズム（Ｄプリズム）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。そして、ＬＥＤ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。また、照明用の第１光源部１１の波長は、例えば、赤外域の波長（例、７８０ｎｍ）を使用することができる。
【０００８】
第１受光光学系２０は、例えば、被検眼１００の網膜から反射して戻ってきた光束を受光し第１受光部２１に導くためのものである。第１受光光学系２０は、例えば、第１変換部材２２（例、ハルトマン板）と、アフォーカルレンズと、バリアブルシリンダーレンズと、リレーレンズを備える。第１変換部材２２は、反射光束を、４次以上であれば少なくとも１７本の複数のビームに変換するためのレンズ部を有する波面変換部材である。第１変換部材２２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を用いることができる。第１変換部材２２は、長焦点又は高感度のものの他にも、短焦点及び／又は高密度のレンズ部を有するようにしてもよい。眼底からの反射光は、第１変換部材２２を介して第１受光部２１上に集光する。第１受光部２１は、第１変換部材２２を通過した第１受光光学系２０からの光を受光し、第１信号を生成するためのものである。なお、アフォーカルレンズ４２の前側焦点は、被検眼１００の瞳孔と略一致している。
【０００９】
移動部１５は、第１照明光学系１０と第１受光光学系２０を含む図１の点線で囲まれた部分を一体に移動させる。例えば、第１光源部１１からの光束が集光する点で反射されたとして、その反射光による第１受光部２１での信号ピークが最大となる関係を維持して、第１受光部２１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ことができる。また、第１照明光学系１０と第１受光光学系２０は別々に移動させ、例えば、第１光源部１１からの光束が集光する点で反射されたとして、その反射光による第１受光部２１での信号ピークが最大となる関係を維持して、第１受光部２１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こともできる。
【００１０】
第１光源部１１から被検眼１００への入射光は絞り１２を偏心させることで光束の入射位置を光軸に直交する方向に変更し、レンズや角膜の頂点反射を防いでノイズを押さえられる。絞り１２は、径がハルトマン板２２の有効範囲より小さく、受光側だけに眼の収差が影響する、いわゆるシングルパスの収差計測が成り立つことができる様になっている。
【００１１】
なお、第１光源部１１から出た入射光線は、眼底から拡散反射された測定光線と共通光路になった後は、近軸的には、眼底から拡散反射された測定光線と同じ進み方をする。但し、シングルパス測定のときは、それぞれの光線の径は違い、入射光線のビーム径は、測定光線に比べ、かなり細く設定される。具体的には、入射光線のビーム径は、例えば、被検眼１００の瞳位置で１ｍｍ程度、測定光線のビーム径は、７ｍｍ程度になることもある。なお、光学系を適宜配置することで、ダブルパス測定を行うこともできる。
【００１２】
前眼部照明部３０は、第２波長の光束を発する第２光源部３１を備え、第２光源部３１からの光束で、例えば、プラチドリング又はケラトリング等を用いて前眼部を所定パターンで照射する。ケラトリングの場合、ケラト像により角膜の曲率中心付近だけのパターンを得ることができる。なお、第２光源部３１から発せられる光束の第２波長は、例えば、第１波長（ここでは、７８０ｎｍ）と異なると共に、長い波長を選択できる（例えば、９４０ｎｍ）。
【００１３】
前眼部観察部４０は、例えば、リレーレンズ、テレセン絞りとＣＣＤで構成される第３受光部４１を備え、例えば、プラチドリング、ケラトリング等の前眼部照明部３０のパターンが、被測定眼１００の前眼部から反射して戻ってくる光束を観察する。なお、テレセン絞りは、前眼部像がぼけないようにするための絞りである。
【００１４】
第１調整光学部５０は、例えば、作動距離調整を主に行うものであって、光源部と、集光レンズと、受光部とを備える。ここで、作動距離調整は、例えば、光源部から射出された光軸付近の平行な光束を、被測定眼１００に向けて照射すると共に、この被測定眼１００から反射された光を、集光レンズを介して受光部で受光することにより行われる。また、被測定眼１００が適正な作動距離にある場合、受光部の光軸上に、光源部からのスポット像が形成される。一方、被測定眼１００が適正な作動距離から前後に外れた場合、光源部からのスポット像は、受光部の光軸より上又は下に形成される。なお、受光部は、光源部、光軸、受光部を含む面内での光束位置の変化を検出できればいいので、例えば、この面内に配された１次元ＣＣＤ、ポジションセンシングデバイス（ＰＳＤ）等を適用できる。
【００１５】
ビームスプリッタ６１は、例えば、第１波長の光束を反射し、第２波長の光束を透過するダイクロイックミラーで構成されている。また、眼底からの反射むら等による光を均一化するためのロータリープリズム６２が配置されている。ビームスプリッタ６３は、第１光源部１１からの光束を反射し、被検眼１００の網膜で反射して戻ってくる光束を透過するミラー（例えば、偏光ビームスプリッタ）で構成されている。
【００１６】
第２調整光学部７０は、例えば、ＸＹ方向のアライメント調整を行うものであって、アライメント用光源部と、レンズと、ビームスプリッタとを備える。
視標光学部９０は、例えば、被検眼１００の風景チャート、固視や雲霧をさせる為の視標を投影する光路を含むものであって、光源部（例えば、ランプ）、固視標９２、リレーレンズを備える。光源部からの光束で固視標９２を眼底に照射することができ、被検眼１００にその像を観察させる。
【００１７】
上述の光学系は、主に、入射光線が細いシングルパスとして説明したが、本発明は、入射光線が太いダブルパスとしての眼特定測定装置に適用することも可能である。その際、光学系がダブルパス用構成で配置されるが、演算部による測定・計算処理は同様である。
【００１８】
（共役関係）
被測定眼１００の眼底、視標光学部９０の固視標９２、第１光源部１１、第１受光部２１が共役である。また、被測定眼１００の眼の瞳（虹彩）、ロータリープリズム６２、第１受光光学系の変換部材（ハルトマン板）２２、第１照明光学系１０の測定光入射側の絞り１２が共役である。
【００１９】
２．電気系構成
図２は、眼科装置の電気系の構成図である。
眼科装置の電気系の構成は、演算部６００と、制御部６１０と、入力部６５０と、表示部７００と、メモリ８００と、第１駆動部９１０と、第２駆動部９１１と、第３駆動部９１２と、第４駆動部９１３を備える。入力部６５０は、表示部７００に表示された適宜のボタン、アイコン、位置、領域等を指示するためのポインティングデバイス、各種データを入力するためのキーボード等を備える。
【００２０】
演算部６００は、測定部６０１及び判定部６０２を備える。
測定部６０１は、測定開始時点と、その後の所定期間、複数回、上記第１受光部の受光信号から被検眼の角膜形状を求める。判定部６０２は、測定部６０１の測定結果から角膜形状の時間的変化を比較することにより、ドライアイの状態を判断する。
また、測定部６０１は、さらに、被検眼が瞬きした後の開始時点から所定期間の間、第１受光部２１の受光信号から第１変換部材２２による分割光束に基づき被検眼の波面収差を測定するように構成されることができる。この場合、判定部６０２は、測定部６０１で求められた角膜形状に基づく測定結果と、波面収差に基づく測定結果の時間的変化を比較することにより、ドライアイの状態を判断するように構成されることができる。
【００２１】
演算部６００には、第１受光部２１からの第１信号▲４▼と、前眼部観察部４０からの信号▲７▼と、第１調整光学部５０からの信号（１０）とが入力される。演算部６００は、第１受光部２１からの第１信号▲４▼、前眼部観察部４０からの信号▲７▼を入力し、例えば、光束の傾き角に基づき被測定眼１００の光学特性を求める。演算部６００は、これら演算結果に応じた信号又は他の信号・データを、電気駆動系の制御を行う制御部６１０と、表示部７００と、メモリ８００とにそれぞれ適宜出力する。
【００２２】
制御部６１０は、演算部６００からの制御信号に基づいて、第１光源部１１及び第２光源部３１の点灯、消灯を制御したり、第１駆動部９１０〜第４駆動部９１３を制御するためのものである。制御部６１０は、例えば、演算部６００での演算結果に応じた信号に基づいて、第１光源部１１に対して信号▲１▼を出力し、第２調整光学部７０に対して信号▲５▼を出力し、前眼部照明部３０に対して信号▲６▼を出力し、第１調整光学部５０に対して信号▲８▼及び▲９▼を出力し、視標光学部９０に対して信号（１１）を出力し、さらに、第１駆動部９１０〜第４駆動部９１３に対して信号を出力する。
【００２３】
第１駆動部９１０は、演算部６００に入力された第１受光部２１からの信号▲４▼に基づいて、信号▲２▼を出力して、第１照明光学系１０のバリアブルシリンダーレンズと、第１受光光学系２０のバリアブルシリンダーレンズとを、適宜のレンズ移動手段を駆動させて回動させるためのものである。このバリアブルシリンダーレンズはなくてもよい。
【００２４】
第２駆動部９１１は、例えば、演算部６００に入力された第１受光部２１からの受光信号▲４▼に基づいて、第１照明光学系１０及び第１受光光学系２０を光軸方向に移動させるものであり、移動部１５に対して信号▲３▼を出力すると共に、移動部１５のレンズ移動手段を駆動する。これら第１受光光学系２０を光軸方向に移動させることにより、低次収差の補償を行うことができる。
【００２５】
第３駆動部９１２は、例えば、視標光学部９０を移動させるものであり、図示しない適宜の移動手段に対して信号（１２）を出力すると共に、この移動手段を駆動する。第４駆動部９１３は、ロータリープリズム６２を回動させるものであり、図示しない適宜のレンズ移動手段に対して信号（１３）を出力すると共に、このレンズ移動手段を駆動する。
【００２６】
３．測定フローチャート
３−１．ドライアイの測定フローチャート（第１の実施の形態）
図３に、第１の実施の形態のドライアイの測定フローチャートを示す。
被検者が測定位置に来て測定が開始されると、目を測定できる位置に眼科測定装置をアライメントする（Ｓ１０１）。このアライメントは、手動でも自動でもよい。角膜形状測定のためには、角膜と眼科測定装置との位置を所定範囲で固定する必要がある。眼科測定装置は、前後、左右、上下の位置を固定するように、手動又は自動で制御される。例えば、プラチドリング（ケラトリング）、無限遠からの光点、平行投影の点、角膜の輪郭等のいずれか又は複数に基づき、操作者が手動でアライメントを維持したり、装置自体のオートアライメント機能により自動でアライメントを維持することができる。
つぎに、演算部６００は、測定部６０１により装置の初期設定を行う（Ｓ１０３）。測定部６０１は、例えば、測定間隔を１秒、測定時間を４０秒等に設定する。入力部６５０又は演算部６００により、測定開始のためトリガーがなされる（Ｓ１０５）。トリガーとしては、例えば、操作者による測定開始ボタンの操作、測定開始ボタン後の瞬きを測定してそのタイミングなどによる測定開始等のように、予め設定することができる。トリガーに従い、測定部６０１は、角膜形状及び角膜波面収差を測定する角膜形状測定処理を実行する（Ｓ１０７）。角膜形状測定処理の詳細は後述する。ここで、演算部６００は、測定部６０１により測定終了時間に達するまで角膜形状測定処理を繰り返し、角膜形状及び角膜波面収差を求める（Ｓ１０９）。もし測定終了時間に達する前に瞬きをしてしまった場合、測定はその時点で終了とする。演算部６００は、測定終了時間に達すると測定を終了する（Ｓ１１１）。
【００２７】
つぎに、演算部６００の判定部６０２は、ドライアイの状態を判断するためのひとつの指標であるブレークアップ状態を解析する（Ｓ１１３）。この詳細処理は後述する。判定部６０２は、ブレークアップ状態に基づき、ブレークアップ時間（開始時間）、ブレークアップ速度、ブレークアップ量、ブレークアップ率等の値を求め、表示部７００に出力し、メモリ８００に記憶する（Ｓ１１５）。つぎに、判定部６０２は、求められたブレークアップに関する各値に基づき、ドライアイに関しての自動診断を行い、表示部７００に出力し、メモリ８００に記憶する（Ｓ１１７）。このドライアイの自動診断については、例えば、所定の設定に従い、（１）ブレークアップ開始点が早いこと、（２）ブレークアップ率が高いこと、又は、（３）この両者を判断し、（１）〜（３）の各条件がある境界を越えていたらドライアイとすることができる。こうして、処理を終了する。なお、この測定中は、点眼麻酔等により眼への刺激を押さえ、瞬きをさせないといった配慮をすることができる。
【００２８】
３−２．ブレークアップ状態解析
図４に、ブレークアップ（分割点）を求めるための説明図を示す。
この図は、横軸に測定回数、縦軸に高次収差のＲＭＳを示す。図中、分割点を涙液層のブレークアップの開始点とする。分割点の左側を涙液の定常状態とし、このときの回帰直線の傾きを定常状態とする（傾き０が理想）。一方、分割点の右側をブレークアップ状態とする。なお、例えば、この領域の回帰直線の傾きをブレークアップ率とすることができる。
【００２９】
図５に、ブレークアップを求めるための解析フローチャートを示す。ここでは、演算部６００の判定部６０２は、測定データを二つの直線に近似することで、図４のようにブレークアップを求めることができる。
【００３０】
処理が開始されると、判定部６０２は、例えば、データをｘ_ｉ、ｙ_ｉとし、データの総数はＮとする（Ｓ２０１）。判定部６０２は、全体データに回帰直線を引く（Ｓ２０３）。例えば、判定部６０２は、データ点を含む回帰直線に平行な直線で、一番下（または一番下から所定数）になる直線を引く。ここで、判定部６０２は、このとき対象になったデータ点を分割点Ａとし、そのグラフ内の座標を（ａｘ、ａｙ）とする（Ｓ２０５）。また、判定部６０２は、分割点を境目にして、左側と右側の回帰直線を引き、それぞれの回帰直線をＲＬ（ｘ）及びＲＲ（ｘ）、それらの傾きをＳＬ及びＳＲ、切片をＢＬ及びＢＲとする（Ｓ２０７）。判定部６０２は、回帰直線と測定点の二乗誤差を計算する（Ｓ２０９）。判定部６０２は、例えば、次式のように、左側及び右側の回帰直線との二乗誤差ＲｅｓＬ及びＲｅｓＲをそれぞれ計算することができる。
ＲｅｓＬ＝Σ（ｙｉ−ＲＬ（ｘｉ））^２（｛ｉ｜ａｘより左側のデータの点のｉ｝）
ＲｅｓＲ＝Σ（ｙｉ−ＲＲ（ｘｉ））^２（｛ｉ｜ａｘより右側のデータの点のｉ｝）
【００３１】
計算されたＲｅｓＬ及び／又はＲｅｓＲが予め定められた規定値を越えている場合（Ｓ２１１）、判定部６０２は、自動的解析不可能である旨を表示部７００に表示し（Ｓ２１３）、処理を終了する。一方、ＲｅｓＬ及び／又はＲｅｓＲが規定値以下であるとき（Ｓ２１１）、さらに、ＳＬ間ＳＲの角度差が所定値（例えば、２度）以下である場合（Ｓ２１５）、判定部６０２は、自動的解析不可能である旨を表示部７００に表示し（Ｓ２１７）、処理を終了する。一方、ＳＬ間ＳＲの角度差が所定値を超える場合（Ｓ２１５）、判定部６０２は、分割点の時間をブレークアップの開始時間、ＳＲをブレークアップ速度とし、ブレークアップに関する各値を求めて表示部７００に表示し、メモリ８００に記憶する（Ｓ２１９）。さらに、最終的に操作者が表示部７００上で目で確認し、入力部６５０により分割点を移動できるように構成してもよい。
【００３２】
つぎに、図６に、ブレークアップを求めるための他の解析フローチャートを示す。ここでは、判定部６０２は、測定データを関数ｆ（ｘ）に近似する。
【００３３】
判定部６０２は、処理が開始されると、フィットしたい範囲で定義されている関数Ｆ（ｘ、ｐｊ）を選ぶ（Ｓ２５１）。なお、ｘはグラフの横軸、ｐｊは最適化によって求めるパラメータ（複数でも良い）である。つぎに、判定部６０２は、一般に知られている減衰最小自乗法（非線形の最適化法）で、この関数と実測値の二乗誤差が最小になるパラメータｐｊを求める（Ｓ２５３）。つぎに、判定部６０２は、求めたパラメータにより定められる関数ｆ（ｘ）に従い、ブレークアップ開始時間とブレークアップ速度等のブレークアップに関する値を求める（Ｓ２５５）。なお、これらの値は、ｆ（ｘ）の形によって適宜求めることができる。こうして、処理を終了する。
なお、関数形の例としては、次式のような折れ線がある。
【００３４】
【数１】

【００３５】
ここで、最適化で決定するパラメータは、ｋ_１、ｋ_２、ａ、ｂである。なお、それぞれの初期値は適当でも良いし、前出のアルゴリズムで利用した方法により決定してもよい。この関数形では、ブレークアップ開始時間はａに、ブレークアップ速度はｋ_２の最適化された値を採用する。
また、前出のアルゴリズムで出力が得られなかった場合に、その最終のフィッティングからｋ_１、ｋ_２、ａ、ｂを求め、このアルゴリズムの初期値として利用し、数式１の結果を出力する方法もある。
【００３６】
３−３．角膜形状測定（Ｓ１０７）
図７に、角膜形状測定のフローチャートを示す。これは、図３のステップＳ１０７に対応する。
まず、測定部６０１は、前眼部画像（プラチドリング入り）を取得する（Ｓ４０１）。取得した画像は、適宜メモリ８００等に記憶される。測定部６０１は、前眼部画像に対して画像処理を実行して、プラチドリングと瞳エッジのディテクトする（Ｓ４０３）。測定部６０１は、ディテクトしたデータに基づき、角膜形状を計算する（Ｓ４０５）。測定部６０１は、計算された角膜形状から角膜波面収差の計算する（Ｓ４０７）。ここで、計算結果はゼルニケ係数で得られる。
【００３７】
以下に各ステップの詳細について説明する。
（前眼部画像：Ｓ４０１）
ステップS４０１では、次のような前眼部画像が取得される。
図８に、角膜形状の時間変化の説明図を示す。
図（Ａ）は、測定開始直後であり、解析すると角膜波面収差は比較的小さい。一方、図（Ｂ）は、測定開始から３０秒経過し、プラチドリングの像がぼやけており、解析すると角膜波面収差は比較的大きい。
【００３８】
なお、図９に、プラチドリング像のぼけの時間変化の説明図を示す。
図（Ａ）は、測定開始直後であり、矢印で示すように、反射像がはっきりしており、プラチドリングの反射像の幅が狭い。一方、図（Ｂ）は、測定開始から所定時間経過したものであり、矢印で示すように、反射像がぼけており、プラチドリングの反射像の幅が広い。
【００３９】
（画像処理：Ｓ４０３）
図１０に、プラチドリングと瞳エッジのディテクトの画像処理のフローチャートを示す。これは、ステップＳ４０３に対応する。
また、図１１に、画像処理の説明図を示す。
【００４０】
まず、図１１のように、測定部６０１は、取得した前眼部画像に基づき、角膜頂点の輝点を通る直線を選ぶ（Ｓ５０１）。つぎに、図９に示されるように、測定部６０１は、直線上の強度プロファイルを得る（Ｓ５０３）。プロファイルに基づき、測定部６０１は、角膜頂点から、両方の方向のピークを検知する（Ｓ５０５）（プラチドリング像に対応）。また、測定部６０１は、ピークの周りの強度の広がり方として、ピークの属する山の半値幅を求める（Ｓ５０７）。さらに、測定部６０１は、エッジに向かって次のピークを検知する（Ｓ５０９）（プラチドリング像に対応）。測定部６０１は、次のエッジが検出できたか判断し（Ｓ５１１）、エッジが検出されなくなるまで、ステップＳ５０７及びＳ５０９を繰り返す。
つぎに、測定部６０１は、次の角膜頂点を通る直線を選ぶ（Ｓ５１３）（例えば、最初の直線を0度、10度おきに170度まで）。測定部６０１は、一周終わったか判断し（Ｓ５１５）、一周終わるまでステップとＳ５０３以降の処理を繰り返す。その後、測定部６０１は、各評価ポイントのデータを時系列比較のためにメモリ８００に保存する（Ｓ５１７）。こうして求められた角膜形状のデータは、例えば、リング及び角度毎にピーク値若しくは重心の座標値（リング位置）及び強度及び／又は半値幅等が時系列に記憶される。
【００４１】
（角膜形状の計算法：Ｓ４０５）
以下に、ステップＳ４０５について説明する。一例として、角膜形状の測定法を、Rand RH, Howland HC, Applegate RA “Mathematical model of a placido disk karatometer and its implications for recovery of corneal topography”, Optometry and Vision Science 74 (1997) p926-930に沿って説明する。
角膜形状を次の関数で表わされるとする。
Ｚ_ｃ＝ｆ（ｘ，ｙ）
ここで、ｘ，ｙは角膜上の座標とする。
【００４２】
図１に示されるように、あるプラチドリングからの光線が撮像素子のある点に像を形成する。プラチドリングの位置を（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）、第３受光部４１の撮像素子上の対応する点と共役の角膜上の点を（ｘ，ｙ）とする。プラチドリングから角膜の関数の基準面（ゼロ位置）までの距離をＺ_ｓとすると、これらの関係は次の２つの組の式で表される。
【数２】

ここで、Ｚ_ｓは図の作動距離調整部５０で、制御または正確な距離値を知ることができる。なお、ｆ_ｘは、関数ｆのｘについての偏微分で、ｆ_ｙは、ｙについての偏微分を表す。
【００４３】
ここで、プラチドリングは円形のものを採用しているので、図の軸に回転対称で
【数３】

であり、このConstant（一定値）をｒ_ｓ（これは装置の値であるから既知であることに注意する）で表わすとする。そうすると、測定される撮像素子上の点の位置がどのリングに属するかは、演算部６００による画像処理の段階でわかるので、（画像素子上の点の座標の組）対（リングの半径）の関係が、たとえばリング１１本、それぞれのリング上で３６０点デジタイズすれば、これに対応するだけの関係のデータ対ができる。
【００４４】
ここで、関数としてゼルニケの多項式での展開を採用する。通常の角膜では、とても高次の形状変化は無いと見なしてよいので、６ミリ程度の解析径であれば６次程度で展開を打ち切り、
【数４】

で、表わすことが可能である。ここで、ｒ_ｎは解析する半径で、規格化のために使われている。
このゼルニケ展開を、先の２つの関係式にいれ、プラチドリングが回転対称であることを利用すると、非線形の最小二乗法を利用することにより、係数ｃ_ｉ ^ｊを決めることが可能である。これによって決まった係数を再度ゼルニケ展開に代入すれば、関数ｆ（ｘ，ｙ）が決まったことになり、角膜形状が求まる。
【００４５】
（角膜波面の計算法：Ｓ４０７）
以下にステップＳ４０７について説明する。角膜形状が得られたので、光学設計の知られるところの非球面の光線追跡から、幾何光学的に厳密な角膜波面収差をもとめることが可能であることはよく知られている。ここでは、一例として、ごく簡単に角膜波面収差を求める方法を紹介する。
例えば、角膜上６ミリ直径の角膜波面収差であれば、角膜形状を球面度近似し（参照球面と呼ぶ）、この実際の角膜形状から参照球面の形状の差をとり、これに、空気と角膜の屈折率（ｎ−１）をかけることで、角膜形状から角膜波面収差を求めることができる。ただし、もともとの参照球面からも、球面収差が発生するので、これを足しておく。これで近似精度５%以内で、角膜波面収差を求めることが可能である。
【００４６】
３−４．瞬きをトリガーにしてドライアイを解析する眼科測定
つぎに、瞬きをトリガーにしてドライアイを解析する眼科測定について説明する。
ステップＳ１０１及びＳ１０３は上述した通りである。ステップＳ１０５では、被検者は楽な状態で、瞬きも自然にするようにインストラクションされ、入力部６５０の測定開始ボタンが押される。つぎに、ステップＳ１０７及びＳ１０９では、演算部６００は、測定部６０１によりハルトマンの連続測定（１秒間隔）を開始する。さらに、ここで、測定部６０１は、前眼部の連続測定（１秒間隔）を開始し、毎回その明暗に関するヒストグラムをもとめ、これから瞬きを判断する。
【００４７】
図１２に、瞬きの判定フローチャートを示す。また、図１３及び図１４に、瞬きしていないとき及び瞬き中のヒストグラムについての説明図をそれぞれ示す。図１３及び図１４で、（ａ）は前眼部像、（ｂ）はヒストグラムである。
【００４８】
瞬きの判定フローチャートが開始されると、演算部６００の判定部６０２は、取得した前眼部像のヒストグラムを計算する（Ｓ３０１）。判定部６０２は、ヒストグラムのピークが所定数（例、１５０）と比較する（Ｓ３０３）。ここで、ピークが所定数より大きい場合、瞬き中と判断し（図１４参照）、一方、小さい場合、瞬きしていないと判断することができる（図１３参照）。
【００４９】
つぎに、メインのフローに戻り、例えば、被験者に対しては、一回瞬きをしたあと、瞬きを我慢するように指示がでる。判定部６０２は、最後の瞬きの終了時間をｔ_０としたとき、ｔ_０から所定の時間が経過したら、ハルトマン及び前眼部の測定を終了する。
その後、ステップＳ１１３以降の処理では、演算部６００の判定部６０２は、ｔ_０から後の画像を使って、上述と同様に、前出のアルゴリズムで解析を行い、ブレークアップ開始時間と速度等のブレークアップに関する各値を求める。
【００５０】
図２１に、ブレークアップの測定例（１）を示す。
この図は、角膜形状から求めた角膜波面収差によるブレークアップの測定例を示し、ある被験者に対して、本実施の形態の眼科装置によりブレークアップの状態を測定した結果である。図示のように、回帰直線によりブレークアップ開始時間等の各値が求められる。
なお、測定中のアライメントとしては、例えば、２０秒程度測定するので、アライメントはオートアライメントが好ましい。また、測定者がマニュアルでアライメントを合わせる機構を備えてもよい。さらに、瞬きの回数をとることや、瞬きで涙液層が回復するが、それでもドライな部分があるかの測定を行うことにより、眼性疲労度を測定することもできる。
【００５１】
図１５に、ブレークアップの測定例（２）を示す。
この図は、ハルトマン板を用いて測定された波面収差によるブレークアップの測定例であり、複数の被験者に対して、本実施の形態の眼科装置によりブレークアップの状態を測定した結果である。図示のように、回帰直線によりブレークアップ開始時間等の各値が求められる。
なお、測定例（１）と同様に、測定中のアライメントとしては、例えば、４０秒程度測定するので、アライメントはオートアライメントが好ましい。また、測定者がマニュアルでアライメントを合わせる機構を備えてもよく、さらに、瞬きの回数をとることや、瞬きで涙液層が回復するが、それでもドライな部分があるかの測定を行うことにより、眼性疲労度を測定することもできる。
【００５２】
３−５．ドライアイの測定フローチャート（第２の実施の形態）
図１６に、第２の実施の形態のドライアイのフローチャートを示す。これは第１の実施の形態のフローチャートにステップＳ１０８の波面収差測定の処理が加えられたものであり、以下の各ステップＳ１１１’〜Ｓ１１７’の処理は、角膜形状測定（Ｓ１０７）と波面収差測定（Ｓ１０８）で測定された両方の収差（ゼルニケ係数等）に基づき、上述のステップＳ１１１〜Ｓ１１７と同様の処理が実行される。したがって、出力として、表示部７００に両方の結果を比較表示することができる。
【００５３】
３−６．両眼同時測定例
図１７に、両眼同時測定のための眼科システム構成図を示す。この眼科システムは、図１の光学系１ａ及び１ｂを両眼１００ａ及び１００ｂに対して備え、それらが独立に調節可能とされ被検者の両眼に対してアライメントが可能となる。そして、上記までは片眼のみの測定であったが、同装置を２台用いる形で両眼同時に測定を行うこともできる。片眼測定であっても両眼開いていなければならず片眼測定後しばらくはもう片眼の測定を行うことができなかったが、この場合、両眼共確実に測定できるという利点がある。
【００５４】
４．ゼルニケ解析とＲＭＳ
つぎに、ゼルニケ解析について説明する。一般に知られているゼルニケ多項式からゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出する方法について説明する。ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉは、例えば、ハルトマン板２２を介して第１受光部２１で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１００の光学特性を把握するための重要なパラメータである。
被検眼１００の波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉ、ゼルニケ多項式Ｚ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて次式で表される。
【００５５】
【数５】

ただし、（Ｘ，Ｙ）はハルトマン板２２の縦横の座標である。
【００５６】
また、波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、第１受光部２１の縦横の座標を（ｘ、ｙ）、ハルトマン板２２と第１受光部２１の距離をｆ、第１受光部２１で受光される点像の移動距離を（△ｘ、△ｙ）とすると、次式の関係が成り立つ。
【００５７】
【数６】

【００５８】
ここで、ゼルニケ多項式Ｚ_ｉ ^２ｊ−ｉは、以下の数式で表される。具体的には、図１８に、（ｒ，ｔ）座標のゼルニケ多項式の図、及び、図１９に、（ｘ，ｙ）座標のゼルニケ多項式の図をそれぞれ示す。
【００５９】
【数７】

【００６０】
【数８】

【００６１】
なお、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉは、以下の数式で表される自乗誤差を最小にすることにより具体的な値を得ることができる。
【００６２】
【数９】

【００６３】
ただし、Ｗ（Ｘ、Ｙ）：波面収差、（Ｘ、Ｙ）：ハルトマン板座標、（△ｘ、△ｙ）：第１受光部２１で受光される点像の移動距離、ｆ：ハルトマン板２２と第１受光部２１との距離。
【００６４】
演算部６００は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出し、これを用いて球面収差、コマ収差、非点収差等の眼光学特性を求める。また、演算部６００は、ゼルニケ係数ｃ_ｉ ^２ｊ−ｉを用いて次式により収差量ＲＭＳ_ｉ ^２ｊ−ｉを算出する。
【００６５】
【数１０】

【００６６】
５．高次の収差を用いたブレークアップ状態の解析
本実施の形態の眼科装置は、５次以上の高次の収差を用いてブレークアップ状態を解析することができる。
このように５次以上の高次の収差を用いる場合、第１変換部材２２は、被検眼網膜から反射して戻ってくる反射光束の一部を、該反射光束を少なくとも実質的に２１本のビームに変換する短焦点及び／又は高密度のレンズ部を有するものを用いる。また、測定部６０１は、被検眼が瞬きした後の開始時点と、その後の所定期間、複数回の第１受光部２１の受光信号から少なくとも５次以上の高次収差を含む被検眼の収差成分を求める。判定部６０２は、測定部６０１の測定結果から５次以上の高次収差の時間的変化を比較することにより、ドライアイの状態を判断する。
ブレークアップ状態解析処理は、上述の各フローチャート及びその説明箇所で説明したものと同様である。ただし、５次以上の高次の収差を用いることを設定する処理を適宜のタイミングで実行する。例えば、図３のステップＳ１０３で、入力部６５０又はメモリ８００に予め定められた設定により、この処理を実行することができる。さらに、前述のブレークアップの測定例と所定の高次の収差を用いたブレークアップ測定例の複数を実行して、表示部７００に表示することもできる。
図２０は、ブレークアップの測定例を示す図である。
図２０（Ａ）は、３次及び４次の収差を用いた測定例を示し、図２０（Ｂ）は、５次及び６次の収差を用いた測定例を示す。図示のように、波面収差の時間的変化が、４次以下の収差よりも、５次以上の高次収差に顕著に影響される場合がある。このような場合、高次の収差を用いると、ブレークアップ（分割点）を一層明瞭に求めることができる。角膜形状により求めた収差についても、同様の傾向が認められる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、基本原理として、涙液層がドライアップすると角膜形状が変化すること及び／又は波面収差が大きくなることを利用することにより、ドライアイの臨床に有効に用いることができる眼科測定装置を提供することができる。さらに、本発明によると、瞬きをカウントすることで目の疲労を考慮することができる眼科測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】眼科装置の光学系の構成図。
【図２】眼科装置の電気系の構成図。
【図３】第１の実施の形態のドライアイの測定フローチャート。
【図４】ブレークアップ（分割点）を求めるための説明図。
【図５】ブレークアップを求めるための解析フローチャート。
【図６】ブレークアップを求めるための他の解析フローチャート。
【図７】角膜形状測定のフローチャート。
【図８】角膜形状の時間変化の説明図。
【図９】プラチドリング像のぼけの時間変化の説明図。
【図１０】プラチドリングと瞳エッジのディテクトの画像処理のフローチャート。
【図１１】画像処理の説明図。
【図１２】瞬きの判定フローチャート。
【図１３】瞬きしていないときのヒストグラムについての説明図。
【図１４】瞬き中のヒストグラムについての説明図。
【図１５】ブレークアップの測定例（２）。
【図１６】第２の実施の形態のドライアイのフローチャート。
【図１７】両眼同時測定のための眼科システム構成図。
【図１８】（ｒ，ｔ）座標のゼルニケ多項式の図。
【図１９】（ｘ，ｙ）座標のゼルニケ多項式の図。
【図２０】ブレークアップの測定例を示す図。
【図２１】ブレークアップの測定例（１）。
【符号の説明】
１０第１照明光学系
１１第１光源部
２０第１受光光学系
２１第１受光部
３０前眼部観察部
４０前眼部照明部
５０第１調整光学部
７０第２調整光学部
９０視標光学部
６００演算部
６０１測定部
６０２判定部
６１０制御部
６５０入力部
７００表示部
８００メモリ

Claims

被検眼角膜に所定形状の測定光束を入射する第１照明光学系と、
被検眼角膜から反射光を受光する第１受光光学系と、
上記第１受光光学系からの受光反射光を電気信号に変換する第１受光部と、
測定開始時点と、その後の所定期間、複数回、上記第１受光部の受光信号から被検眼の角膜形状を求め、さらに角膜波面収差を計算する測定部と、
上記測定部の測定結果から角膜波面収差の５次以上の高次収差の時間的変化を求め、該時間的変化により、ドライアイの状態を判断する判定部と、
を備えた眼科装置。
請求項１に記載の眼科装置において、さらに、
被検眼眼底に測定光束を入射する第２照明光学系と、
測定光束が入射された被検眼眼底からの反射光を多数の光束に分割する変換部材を介して受光する第２受光光学系と、
上記第２受光光学系で受光した受光反射光を電気信号に変換する第２受光部と
を備え、
上記測定部は、被検眼が瞬きした後の開始時点から所定期間の間、上記受光部の受光信号から上記変換部材による分割光束に基づき被検眼の波面収差を測定するように構成され、
上記判定部は、上記測定部で求められた角膜形状に基づく測定結果と、波面収差に基づく測定結果の時間的変化により、ドライアイの状態を判断するように構成されている眼科装置。
請求項１または請求項２に記載の眼科装置において、上記判定部が判定するドライアイの状態は、ブレークアップ状況を含むことを特徴とする眼科装置。
請求項１または請求項２に記載の眼科装置において、上記判定部は、測定結果にフィットする関数を定めて、ドライアイの状態を判断するためのブレークアップに関する値を求めることを特徴とする眼科装置。
請求項４に記載の眼科装置において、上記ブレークアップに関する値は、ブレークアップ開始時間、ブレークアップ速度、ブレークアップ量、ブレークアップ率のいずれかひとつ又は複数を含むことを特徴とする眼科装置。
請求項１または請求項２に記載の眼科装置において、
上記判定部は、眼底にさらに瞬きを検出し、
上記測定部は、上記判定部が検出した瞬きから所定時間後に波面収差の測定を行うことを特徴とする眼科装置。
請求項６に記載の眼科装置において、上記判定部は、前眼部像に基づき瞬きを検出することを特徴とする眼科装置。
請求項１または請求項２に記載の眼科装置において、両眼同時に測定を行うことを特徴とする眼科装置。
請求項１または請求項２に記載の眼科装置において、
上記測定部は、被検眼が瞬きした後の開始時点と、その後の所定期間、複数回の上記第１受光部の受光信号から少なくとも５次以上の高次収差を含む被検眼の収差成分を求め、
上記判定部は、上記測定部の測定結果から５次以上の高次収差の時間的変化により、ドライアイの状態を判断する眼科装置。
請求項２に記載の眼科装置において、
前記変換部材は、少なくとも実質的に２１本の光束に変換することを特徴とする眼科装置。