JP4276023B2 - 眼光学特性測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高次の収差を含む眼の眼光学特性を測定する為の眼光学特性装置に関するものである。
従来、眼の光学特性を高精度に測定する為、測定光束を発する点光源と、被検眼瞳を通し被検眼眼底に点光源像を投影する投影系と、この点光源像を眼底から被検眼瞳を通して光電検出器上に測定光束像を投影する受光系とを設け、前記光電検出器上に形成された測定光束像の光量分布特性から眼の光学特性であるMTF等を測定する眼光学特性測定装置が知られている。
この種の眼光学特性測定装置に於いては、点光源からの測定光束は被検眼角膜・水晶体を通過して被検眼眼底上に点光源像を形成し(第1の光路)、被検眼眼底から反射された測定光束は第1の光路とは逆方向から水晶体・角膜とを通り、光電検出器上に第2の点光源像を形成(第2の光路)するものである。そして、該光電検出器上の測定光束像の光量分布関数から被検眼の眼光学特性関数を測定し、この眼光学特性関数に基づき特定の視標が被検眼眼底にどの様な像として形成されるかのシミュレーション画像を演算・表示するものである。
然し乍ら、従来の眼光学特性測定装置では、角膜から眼底に至る第1の光路での測定光束が通過する領域と、眼底からの角膜に至る第2の光路での測定光束が通過する領域とは、同一ではなく、被検眼光軸を中心とした対称な領域となる。その為、被検眼の眼光学特性が軸対称の収差特性を持っている場合には問題がないが、軸対称でない収差特性を持っている場合は、前記シミュレーション画像に反映させることができないという問題点を有している。
尚、光量分布関数から被検眼の眼光学特性関数を測定し、この眼光学特性関数に基づき特定の視標が被検眼眼底にどの様な像として形成されるかのシミュレーション画像を演算・表示するものとして、特許文献1、特許文献2、特許文献3に示されるものがある。
特開2002−34919号公報
特開2002−112965号公報
特開2003−70741号公報
本発明は斯かる実情に鑑み、上記従来技術の問題点を解決することを目的としたものであり、被検眼の眼光学特性が軸非対称の収差成分を有していても、そのシミュレーション画像はその軸非対称の収差をも考慮した正確な画像として演算できる眼光学特性測定装置を提供するものである。
本発明は、測定光束を発する光源と、被検眼眼底に向けて測定光束を投影する為の投影系と、被検眼眼底から反射された測定光束を光電検出器上に投影する受光系と、前記投影系の光束及び前記受光系の光束を制限することで少なくとも2の設定条件を設定可能な設定手段とを有し、前記少なくとも2の設定条件で前記光電検出器から得られるそれぞれの光量分布特性に基づき被検眼眼底に形成される視標像をシミュレーション画像として演算する眼光学特性測定装置に係り、又測定光束を発する光源と、被検眼瞳と略共役位置に配置された第1の絞りを有し被検眼眼底に向けて測定光束を投影する為の投影系と、被検眼瞳と略共役位置に配置した第2の絞りを有し該第2の絞りを介し被検眼眼底から反射された測定光束を光電検出器上に投影する受光系とを有し、前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼の眼光学特性を測定する眼光学特性測定装置に於いて、前記第1の絞りと第2の絞りとを同開口径の絞りに設定する為の第1の設定条件と、前記第1の絞り及び第2の絞りの一方だけを所定の微小開口径を有する基準小開口絞りに設定する為の第2の設定条件とを選択し得る様に構成すると共に、前記第1の設定条件での前記光電検出器上での光量分布特性と前記第2の設定条件での前記光電検出器上での光量分布特性とに基づいて被検眼眼底に形成される視標像をシミュレーション画像として演算する眼光学特性測定装置に係るものである。
又、第1の設定条件での光量分布特性から被検眼眼球光学系の周波数伝達関数を算出し、第2の設定条件での光量分布特性から被検眼眼球光学系の位相伝達関数を算出し、該周波数伝達関数及び該位相伝達関数に基づき被検眼の眼光学特性に対応して被検眼眼底に形成される視標像をシミュレーション画像として演算する眼光学特性測定装置に係り、又前記設定条件の内の開口径の1つは測定光束を被検眼瞳孔より小さな所定径に制限し、前記設定条件の内のもう1つの開口径は測定光束を被検眼光軸近傍に限定する様制限する眼光学特性測定装置に係り、又前記第1の絞り、第2の絞りの少なくとも一方は、測定光束を被検眼瞳孔より小さな所定径に制限する少なくとも1つの絞り孔と、測定光束を被検眼光軸近傍に限定する様制限する少なくとも1つの絞り孔とを有する絞り板である眼光学特性測定装置に係り、更に又前記第1の絞り、第2の絞りの少なくとも一方は、測定光束を被検眼瞳孔より小さな所定径に制限する少なくとも1つの絞り孔と、測定光束を被検眼光軸近傍に限定する様制限する少なくとも1つの絞り孔とに切替可能な電子絞り装置である眼光学特性測定装置に係るものである。
本発明によれば、測定光束を発する光源と、被検眼瞳と略共役位置に配置された第1の絞りを有し被検眼眼底に向けて測定光束を投影する為の投影系と、被検眼瞳と略共役位置に配置した第2の絞りを有し該第2の絞りを介し被検眼眼底から反射された測定光束を光電検出器上に投影する受光系とを有し、前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼の眼光学特性を測定する眼光学特性測定装置に於いて、前記第1の絞りと第2の絞りとを光軸上に位置し、同開口径の絞りに設定する為の第1の設定条件と、前記第1の絞り及び第2の絞りの一方だけを所定の微小開口径を有する基準小開口絞りに設定する為の第2の設定条件とを選択し得る様に構成すると共に、前記第1の設定条件での前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼眼球光学系の周波数伝達関数を算出し、前記第2の設定条件での前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼眼球光学系の位相伝達関数を算出し、前記周波数伝達関数及び前記位相伝達関数に基づいて被検眼眼底に形成される視標像をシミュレーション画像として演算するので、被検眼の眼光学特性が軸非対称の収差成分を有していても、そのシミュレーション画像はその軸非対称の収差をも考慮した正確な画像として演算できるという優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
図1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。
図1中、1は被検眼、2は投影光学系、3は受光光学系、10は前記投影光学系2の投影光軸、12は前記受光光学系3の受光光軸を示している。
前記投影光学系2は前記被検眼1の眼底1aと共役位置になる様に光軸に沿って移動可能である光源5、該光源5から発せられた測定光束4(赤外光)を投影する為の投影レンズ6、該投影レンズ6の前記投影光軸10上には前記被検眼1の瞳1bと略共役な位置に配置された第1絞り板9、該第1絞り板9を透過した測定光束4が入射する偏光ビームスプリッタ8が配設されている。
前記偏光ビームスプリッタ8は、測定光束4の第1の偏光成分(例えばP直線偏光成分)を前記受光光軸12に沿って前記被検眼1に向け反射し、第2の偏光成分(例えばP直線偏光に対して偏光方向が90°異なるS直線偏光成分)を透過する様になっている。
前記受光光軸12の前記偏光ビームスプリッタ8の反射光軸側には対物レンズ11、1/4波長板13が配設され、前記光源5からの測定光束4は前記偏光ビームスプリッタ8でP直線偏光成分が反射され、前記対物レンズ11、1/4波長板13を経て前記被検眼眼底1aに投影される様になっている。
前記受光光学系3は、前記偏光ビームスプリッタ8、前記対物レンズ11、1/4波長板13を前記投影光学系2と共用しており、前記受光光軸12の前記偏光ビームスプリッタ8の反射光軸側には対物レンズ11、1/4波長板13が配設され、前記偏光ビームスプリッタ8の透過光軸側には前記被検眼瞳1bと略共役位置に配置された第2絞り板19、結像レンズ20、光電検出器21が配設されている。該光電検出器21は前記光源5の移動に連動して前記受光光軸12に沿って移動可能となっている。前記結像レンズ20は前記被検眼眼底1aと共役な位置にあり、前記測定光束4は前記1/4波長板13を2度透過することで、S直線偏光となり、前記偏光ビームスプリッタ8を透過し、前記第2絞り板19を経て、前記結像レンズ20により前記光電検出器21に結像される。
前記第1絞り板9、第2絞り板19について説明する。
前記第1絞り板9は、図3に示される様に円板に微小基準絞り開口31,31,31…と測定絞り開口32a,32b,32c…とが同一円周上に等角度間隔で交互に穿設されている。
前記微小基準絞り開口31は、測定光束が前記被検眼1の瞳1b上で、前記被検眼1の瞳1bと同径となる孔、例えば1mmの直径の孔であり、前記測定絞り開口32a,32b,32c…は前記微小基準絞り開口31より大径の孔、例えば測定時の前記被検眼1の瞳1b上で測定光束が瞳孔に相当する径となる孔であり、1.5mm〜6mmの直径を有する孔であり、所要回転方向に1.5mm、2mm、3mm、…と漸次径が大きくなっている。又、前記微小基準絞り開口31と前記測定絞り開口32が穿設されている円周は、前記投影光軸10に合致しており、前記微小基準絞り開口31、測定絞り開口32の中心は前記投影光軸10に合致する様になっている。
前記第1絞り板9は第1絞り用回転モータ33により、回転される様になっており、該第1絞り用回転モータ33は回転角の制御が可能なステッピングモータ、或はサーボモータが使用される。
前記第2絞り板19は、図4に示される様に前記第1絞り板9と同一の絞り板を使用してもよく、或は前記測定絞り開口32a,32b,32c…のみを同一円周上に等角度間隔で穿設してもよい。前記測定絞り開口32a,32b,32c…のみを穿設する場合は、前記測定絞り開口32a,32b,32c…の角度ピッチを前記第1絞り板9の測定絞り開口32a,32b,32c…の角度ピッチと同じにする。
尚、以下の説明は、前記第2絞り板19の構造を前記第1絞り板9と同一構造とした場合を説明する。従って、前記第2絞り板19の微小基準絞り開口31は測定光束が前記被検眼1の瞳1b上で、前記被検眼1の瞳1bと同径となる孔、例えば1mmの直径の孔であり、前記測定絞り開口32a,32b,32c…は前記微小基準絞り開口31より大径の孔、例えば測定時の前記被検眼1の瞳1b上で測定光束が瞳孔に相当する径となる孔であり、1.5mm〜6mmの直径を有する孔であり、所要回転方向に1.5mm、2mm、3mm、…と漸次径が大きくなっている。前記第2絞り板19の前記微小基準絞り開口31と前記測定絞り開口32が穿設されている円周は、前記受光光軸12に合致しており、前記微小基準絞り開口31、測定絞り開口32の中心は前記受光光軸12に合致する様になっている。
前記第2絞り板19は第2絞り用回転モータ34により、回転される様になっており、該第2絞り用回転モータ34は前記第1絞り用回転モータ33と同様、回転角の制御が可能なステッピングモータ、或はサーボモータが使用される。
尚、前記第1絞り板9、第2絞り板19は短冊形状とし、前記微小基準絞り開口31、前記測定絞り開口32を直線的に等ピッチで穿設し、リニアモータ、ステッピングシリンダ等で直線的に移動させる様にしてもよい。
又、前記第1絞り板9、第2絞り板19に電子絞り装置を用いてもよい。即ち、電子絞り装置は、透明板に設けられた液晶によって構成され、液晶の通電状態によって透明部分、即ち微小基準絞り開口31、測定絞り開口32が形成され、液晶への通電状態を制御することで、前記微小基準絞り開口31、測定絞り開口32に変更される様にしたものである。
前記光電検出器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。該記憶部27には演算プログラム、データ処理プログラム、制御プログラム、各種視標像のイメージデータ、該視標像の光量分布特性(光量分布関数)、視標の周波数伝達関数等、測定に必要なプログラム及びデータが格納されている。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、該制御部28は前記記憶部27に記憶されたデータからデータ処理プログラムに基づき所要の演算をし、又演算結果を表示部29に表示する。
前記制御部28には駆動制御部30が接続されており、該駆動制御部30は前記制御部28からの指令に基づき前記第1絞り用回転モータ33、前記第2絞り用回転モータ34の駆動を制御する様になっている。
以下、上記眼光学特性測定装置に於ける測定作用について説明する。
測定作用は2モードで行われる。先ず、第1測定モードでは制御プログラムに従って前記駆動制御部30を介して前記第1絞り用回転モータ33及び前記第2絞り用回転モータ34が駆動され、前記第1絞り板9で前記被検眼瞳1bの径より小さな所定径の測定絞り開口32、例えば、眼光学特性を測定する瞳径を4mmとする場合には、直径が4mmの測定絞り開口32dが前記投影光軸10上に位置する様前記第1絞り板9が回転位置決めされる。
又、同様に前記第2絞り用回転モータ34が駆動され、前記第2絞り板19で測定絞り開口32、例えば直径が4mmの測定絞り開口32dが前記投影光軸12上に位置する様、前記第2絞り板19が回転位置決めされる。
前記投影光学系2より前記測定光束4が、前記測定絞り開口32dを通して前記被検眼眼底1aに投影され、該被検眼眼底1aに点光源像が形成される。即ち、前記光源5からの前記測定光束4は前記投影レンズ6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直線偏光成分が反射され、前記対物レンズ11、1/4波長板13を経て前記被検眼眼底1aに投影され、該被検眼眼底1a上に第1モード第1視標像が結像される。
前記測定光束4に関して、前記1/4波長板13を透過することで、P直線偏光は右円偏光となり、次に前記測定光束4が前記被検眼眼底1aで全反射されると、左円偏光となる。更に、前記測定光束4の左円偏光は前記1/4波長板13をもう一度透過することで、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。
前記被検眼眼底1aで反射された反射測定光束4′は、前記対物レンズ11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、前記反射測定光束4′は全て前記偏光ビームスプリッタ8を透過し、前記第2絞り板19の測定絞り開口32dを通して前記結像レンズ20により前記光電検出器21上に第1モード第2視標像として結像される。
前記光電検出器21に結像された像は、被検眼1の眼光学特性が軸非対称の収差成分を有している場合、軸非対称の収差の影響を受けた像となっている。
次に、第2測定モードでの測定が行われる。第2測定モードでの測定は図2に示される。
前記第1絞り用回転モータ33が駆動され、前記測定絞り開口32dに隣接する前記第1絞り板9の前記微小基準絞り開口31が選択され、前記第2絞り板19については前記測定絞り開口32dが保持される。
前記微小基準絞り開口31が選択されることで、前記被検眼1に投影される前記測定光束4は、光軸近傍に限定された光束幅となる。前記投影光学系2から投影された前記測定光束4は第1測定モードと同様にして前記被検眼眼底1a上に第2モード第1視標像として結像される。前記測定光束4が光軸近傍の光束幅に限定されて前記被検眼1に投影されることから、第2モード第1視標像は被検眼の眼光学特性の軸非対称の収差の影響を略受けることがない。
前記被検眼眼底1aで反射された反射測定光束4′は、第1測定モードと同様にして前記光電検出器21に第2モード第2視標像として結像される。
前記光電検出器21は、上記2つの測定モードで得られた第1モード第2視標像、第2モード第2視標像をそれぞれ電子データに変換し、該電子データはそれぞれ前記記憶部27に保存される。前記制御部28は、各視標像のデータを基にそれぞれ光量分布特性を演算し、更に該光量分布特性は前記記憶部27に保存される。
以下、被検眼眼球光学系の光学伝達関数の演算について説明する。
被検眼眼球光学系の光学伝達関数の演算は、先ず第1測定モードの結果に基づき、被検眼の眼光学特性の周波数伝達関数MTF1 を演算し、次に第2測定モードの結果に基づき眼光学特性の位相伝達関数PTF1 を演算し、最後に周波数伝達関数MTF1 及び位相伝達関数PTF1 から被検眼眼球光学系の光学伝達関数OTF1 が演算される。
先ず第1測定モードに於いて、所定の瞳孔径に於ける被検眼の角膜から眼底に至る光学系の振幅透過率をP(x,y)とすると、眼底から再度被検眼眼球光学系を透過する際の振幅透過率はP(−x,−y)と表され、その時に前記光電検出器21に形成された反射測定光束4′の光束の光量分布関数をI(x,y)とすると、I(x,y)は下記1式で表される。ここで※はコンボルーション積分である。
I(x,y)=P(x,y)※P(−x,−y) …(1式)
更に、被検眼眼球光学系の周波数伝達関数MTF1 は下記2式で演算できる。
MTF1 =√[FT(I(x,y))] …(2式)
次に、第2測定モードについて説明する。
被検眼眼底に投影する際の充分小さな有効径での眼球光学系の振幅透過率をPd(x,y)とすると、眼底から再度被検眼眼球光学系を透過する際の振幅透過率は、前述と同様にP(−x,−y)と表され、その場合の前記光電検出器21で形成される光束の光量分布関数をId(x,y)とすると、Id(x,y)は下記3式で表される。
Id(x,y)=Pd(x,y)※P(−x,−y) …(3式)
更に、Id(x,y)を基に被検眼眼球光学系の位相伝達関数PTF1 は下記4式で演算できる。
PTF1 =tan-1 {Im[FT(Id(x,y))]/Re[FT(Id(x,y))]} …(4式)
又、被検眼眼球光学系の光学伝達関数OTF1 は、下記5式で表される。
OTF1 =MTF1 ×ePTF1 …(5式)
上記2式、4式を利用し、OTF1 を逆フーリエ変換し、実際の視標の光量分布関数とをコンボリューション積分することで、被検眼眼底1aに投影されるイメージのシミュレーション画像S(x,y)を演算することができる。
但し、この演算は複雑であるので、具体的には下記の演算方法が採られる。
実際の視標に於いて、その視標の周波数伝達関数をMFT0 とし、位相伝達関数をPTF0 とすると、シミュレーション画像の光学伝達関数OTFs は、下記6式により演算される。
OTFs =(MTF0 ×MTF1 )e(PTF0+PTF1) …(6式)
更に、この演算されたOTFs を逆フーリエ変換すると、被検眼眼底1aに投影されるイメージのシミュレーション画像S(x,y)を演算することができる。
この様に、被検眼の眼球光学系の非対称収差分も考慮し、被検眼眼底に於けるイメージのシミュレーション画像を高精度に演算することができ、このシミュレーション画像により、被検者がどの様な像として観察できるかを正確に把握することができる。
尚、視標としては、ランドルト環或はギャップを有する種々の視標が用いられ、視標の光量分布特性としてはギャップを横断する方向の光量分布が求められる。又、ギャップを複数経線方向に有する視標については、経線方向の異なる複数の光量分布が求められる。
前述では、前記被検眼瞳1bの径を4mmとした場合での眼光学特性からシミュレーション画像を演算する場合について述べたが、例えば前記被検眼瞳1bの径を3mmとした場合でのシミュレーション画像を演算する場合には、以下の如く前記測定絞り開口32の変更を行う。
第1測定モードでは、前記第1絞り板9が前記測定絞り開口32c、前記第2絞り板19が前記測定絞り開口32cが選択され、第2測定モードでは前記第1絞り板9が前記微小基準絞り開口31、前記第2絞り板19では前記測定絞り開口32cが選択される(図3、図4参照)。
更に、2つの測定モードでそれぞれ前記光電検出器21上での光量分布特性を算出し、前述と同様に演算を行えば、前記被検眼瞳1bの径を3mmとした場合でのシミュレーション画像を演算することができる。
この様に各種の瞳径でのシミュレーション画像を比較することにより、瞳径の違い(昼間、夜間のように外界の明るさにより瞳径は変化する)による見え方の変化も容易に知ることができる。
尚、図5は第2の実施の形態を示すものであり、該第2の実施の形態では前記投影光学系2から前記被検眼1に投影する測定光束4の光束は、第1測定モード、第2測定モード共に前記第1絞り板9の前記測定絞り開口32を通したものとし、前記光電検出器21に入射する反射測定光束4′を第1測定モードでは前記第2絞り板19の前記測定絞り開口32を通したものとし、第2測定モードでは前記第2絞り板19の前記微小基準絞り開口31を通したものとした場合である。
本発明では、前記被検眼1に入射する測定光束4、前記被検眼1の被検眼眼底1aから反射する反射測定光束4′のいずれか一方で光束幅を充分小さく、光軸に沿ったものとし、被検眼眼球光学系の位相伝達関数PTF1 を求める様にすればよい。
更に、前記第1絞り板9と前記第2絞り板19とを同一構造とすれば、上記同一の眼光学特性測定装置に於いて、第1の実施の形態での測定、第2の実施の形態での測定が実施でき、両測定結果を平均してもよい。更に、第1の実施の形態に於いて、前記第2絞り板19の微小基準絞り開口31は省略でき、又第2の実施の形態に於いて、前記第1絞り板9の微小基準絞り開口31は省略することができる。
本発明の第1実施の形態を示す基本構成図である。 該第1の実施の形態の作用説明図である。 該第1の実施の形態で使用される第1絞り板の説明図である。 該第1の実施の形態で使用される第2絞り板の説明図である。 本発明の第2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 投影光学系
3 受光光学系
4 測定光束
5 光源
6 投影レンズ
8 偏光ビームスプリッタ
9 第1絞り板
10 投影光軸
11 対物レンズ
12 受光光軸
19 第2絞り板
21 光電検出器
26 信号処理部
28 制御部
30 駆動制御部

Claims (4)

  1. 測定光束を発する光源と、被検眼瞳と略共役位置に配置された第1の絞りを有し被検眼眼底に向けて測定光束を投影する為の投影系と、被検眼瞳と略共役位置に配置した第2の絞りを有し該第2の絞りを介し被検眼眼底から反射された測定光束を光電検出器上に投影する受光系とを有し、前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼の眼光学特性を測定する眼光学特性測定装置に於いて、前記第1の絞りと第2の絞りとを光軸上に位置し、同開口径の絞りに設定する為の第1の設定条件と、前記第1の絞り及び第2の絞りの一方だけを所定の微小開口径を有する基準小開口絞りに設定する為の第2の設定条件とを選択し得る様に構成すると共に、前記第1の設定条件での前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼眼球光学系の周波数伝達関数を算出し、前記第2の設定条件での前記光電検出器上での光量分布特性から被検眼眼球光学系の位相伝達関数を算出し、前記周波数伝達関数及び前記位相伝達関数に基づいて被検眼眼底に形成される視標像をシミュレーション画像として演算することを特徴とする眼光学特性測定装置。
  2. 前記設定条件の内の開口径の1つは測定光束を被検眼瞳孔より小さな所定径に制限し、前記設定条件の内のもう1つの開口径は測定光束を被検眼光軸近傍に限定する様制限する請求項1の眼光学特性測定装置。
  3. 前記第1の絞り、第2の絞りの少なくとも一方は、測定光束を被検眼瞳孔より小さな所定径に制限する少なくとも1つの絞り孔と、測定光束を被検眼光軸近傍に限定する様制限する少なくとも1つの絞り孔とを有する絞り板である請求項1の眼光学特性測定装置。
  4. 前記第1の絞り、第2の絞りの少なくとも一方は、測定光束を被検眼瞳孔より小さな所定径に制限する少なくとも1つの絞り孔と、測定光束を被検眼光軸近傍に限定する様制限する少なくとも1つの絞り孔とに切替可能な電子絞り装置である請求項1の眼光学特性測定装置。
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