JP4349937B2

JP4349937B2 - 眼科装置

Info

Publication number: JP4349937B2
Application number: JP2004056884A
Authority: JP
Inventors: 規二河合
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP2005245546A

Description

本発明は、眼科医院など使用される眼科装置に係り、角膜厚を測定可能な眼科装置に関する。

角膜厚を測定する眼科装置としては、被検眼前眼部を観察する前眼部観察光学系の光軸上に被検眼の視軸（光軸）を導き、被検眼の斜め方向から照明光束を角膜に向けて照射する照射光学系を設けると共に、前眼部観察光学系の光軸に対して照射光学系の光軸と対称な方向に配置された光軸を持つ受光光学系を設け、角膜の前面及び裏面から反射された光束を受光光学系が有する受光センサにより検出して角膜の厚さを光学的に計測する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１４６４０９号公報

しかし、従来の角膜厚を測定可能な装置においては、前眼部観察光学系の光軸に対して斜め方向に受光光学系の光路を確保する必要がある。このため、例えば、被検眼の屈折力や角膜形状を測定する測定光学系を持つ眼科装置に角膜厚の測定機能を付加しようとすると、その受光光学系の光路の確保が難しい場合があり、また、装置構成が複雑になる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、前眼部観察光学系の光軸に対して斜め方向に角膜厚測定の受光光学系の光路を設けずに、角膜厚を測定することが可能な眼科装置を提供することを技術課題とする。また、共用部品をできるだけ多くして、角膜厚を測定することが可能な眼科装置を提供することを技術課題とする。

（１）被検眼の前眼部を正面方向から観察する光軸を持つ観察光学系と、前記観察光学系の光軸外から固視標を呈示する固視光学系と、前記固視標を固視したときの被検眼の視軸を挟んで前記観察光学系の光軸と対称な光軸方向から被検眼角膜に向けて光束を照射する照射光学系と、該光束の照射による角膜表面の反射像と角膜裏面の反射像とを前記観察光学系の光軸方向から受光センサに受光させる受光光学系と、前記受光センサの出力に基づいて角膜厚を求める角膜厚測定手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の眼科装置において、前記観察光学系は前眼部を撮像する撮像素子を持ち、前記撮像素子は前記受光センサを兼ねることを特徴とする。
（３）（２）の眼科装置は、眼屈折力又は角膜形状等を測定する測定光学系と、該測定光学系をアライメントするためのアライメント指標を被検眼に投影する指標投影光学系を持ち、前記固視光学系は前記指標投影光学系の一部を兼用し、前記観察光学系の撮像素子は、さらに前記アライメント指標を検出する検出素子を兼ねることを特徴とする。
（４）（１）の眼科装置は、前記観察光学系の光軸に対して前記照射光学系とは異なる角度の光軸方向から被検眼角膜に向けて光束を照射する第２の照射光学系を備え、前記角膜厚測定手段はさらに前記第２の照射光学系の光束の照射による角膜表面の反射像と角膜裏面の反射像とを受光した前記受光センサの出力に基づいて、被検眼の視軸部位と異なる部位における角膜厚を求めることを特徴とする。

本発明によれば、前眼部観察光学系の光軸に対して斜め方向に角膜厚測定の受光光学系の光路を設けずに、角膜厚を測定することが可能になる。また、共用部品をできるだけ多くして、角膜厚を測定することが可能な眼科装置を構成できる。

以下、本発明にかかる眼科装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る眼科装置の外観図であり、この実施形態では眼屈折力測定装置をベースとしてしている。

測定装置１００は、基台１０１と、基台１０１に取り付けられた顔支持ユニット１０２と、基台１０１上に移動可能に設けられた移動台１０３と、移動台１０３に移動可能に設けられ、後述する光学系を収納する測定部１０４を備える。測定部１０４は、移動台１０３に設けられたＸＹＺ駆動部１０６により、被検眼Ｅに対して左右方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）及び前後方向（Ｚ方向）に移動される。駆動部１０６は、Ｘ，Ｙ，Ｚの方向毎に設けられたスライド機構、モータ等から構成される。移動台１０３は、ジョイスティック１０５の操作により、基台１０１上をＸ方向及びＺ方向に移動され、回転ノブ１０５ａを回転操作することにより、ＸＹＺ駆動部１０６のＹ駆動によりＹ方向に移動される。移動台１０３には被検眼Ｅの観察像や測定結果等の各種の情報を表示するモニタ１０７、測定モード切換スイッチ等が配置されたスイッチ部１０８が設けられている。

図２は、測定部１０４に配置される光学系及び制御系の概略構成図である。１は眼屈折力測定用の赤外光源であり、光源１による光は、回転セクター２に設けられたスリットを通過し、投影レンズ３，絞り４，ハーフミラー５，ハーフミラー９を介して、被検眼Ｅの眼底に走査されながら投影される。眼底からの反射光は、ハーフミラー９，ハーフミラー５，受光レンズ６及び絞り７を介して、複数対の受光素子を備える受光部８により受光される。なお、眼屈折力測定のための光学系に関しては、詳しくは、本出願人による特開平１０−１０８８３６号公報を参照されたい。なお、光源１による角膜反射像は、Ｘ方向及びＹ方向のアライメントに利用することもできる。

１４は眼屈折力測定時に使用する固指標投影用の可視光源であり、光源１４により照明された固視標１５の光は、投影レンズ１６，ハーフミラー１３，ハーフミラー９を介して、被検眼Ｅに向かう。また、投影レンズ１６が光軸方向に移動することにより、被検眼Ｅの雲霧が行われる。

１７は、被検眼前眼部を撮像する撮像光学系（前眼部観察光学系）である。１０は２次元撮像素子としてのＣＣＤカメラであり、被検眼の前眼部からの光は、ハーフミラー９、ハーフミラー１３、結像レンズ１２、絞り１１を介して、ＣＣＤカメラ１０に受光される。撮像光学系１７の光軸はハーフミラー１３，９により光軸Ｌ１と同軸にされ、被検眼の前眼部は正面方向から撮像される。絞り１１はレンズ１２の焦点位置にあり、撮像光学系１７はテレセントリック光学系として構成されている。また、この撮像光学系１７は、アライメント指標像（後述する指標投影光学系の指標像）を検出する検出光学系を兼ねると共に、角膜厚測定時の角膜表面反射像及び角膜裏面反射像を受光する受光光学系を兼ね、ＣＣＤカメラ１０はその受光センサを兼ねる。ＣＣＤカメラ１０は、指標像（角膜反射像）の検出精度を高くするために高解像度のものが好ましい。

２０は被検眼に有限遠の指標を投影する第一指標投影光学系である。光源２１は被検眼に可視可能な近赤外光源であり、光軸Ｌ1外で光軸Ｌ１を中心に２個配置されている。また、第一指標投影光学系２０は、それぞれ投影光軸が光軸Ｌ１に対して水平方向に所定の角度で交わるように配置されている。光源２１からの光は、スポット絞り２２を介して角膜Ｅｃに投影される。２５は、被検眼に無限遠の指標を投影する第二指標投影光学系である。２６は赤外光源であり、光軸Ｌ1外で光軸Ｌ１を中心に２個配置されている。また、第二指標投影光学系２５は、それぞれ投影光軸が光軸に対して水平方向に前記第一指標投影光学系よりも大きい角度で交わるように配置されている。光源２６からの光は、スポット絞り２７及びコリメーティングレンズ２８を介して角膜Ｅｃに投影される。

第二指標投影光学系２５により投影される指標はほぼ平行光であるため、被検眼Ｅに対する測定部１０４の作動距離（Ｚ方向の距離）が変化しても角膜反射像の位置はほとんど変化しない。一方、第一指標投影光学系２０により投影される指標は発散光であるので、作動距離が変化すると角膜反射像の位置が変化する。そして、これら角膜反射像の位置に基づきＺ方向のアライメント状態を検出することができる（詳しくは、本出願人による特開平６−４６９９９号を参照）。また、第二指標投影光学系２５による角膜反射像は、光軸Ｌ１を中心に左右に二つ投影されるので、これら角膜反射像間における水平方向の中心座標を算出することにより、ＸＹ方向のアライメント状態を検出することができる。よって、第一指標投影光学系２０及び第二指標投影光学系２５による角膜反射像の相対位置を、ＣＣＤカメラ１０により検出することにより、ＸＹＺ方向における被検眼へのアライメント状態の検出を行うことができる。これにより、被検眼への自動アライメントを行ったり、モニタ１０７に表示される前眼部像に基づいて所定の操作手段を用いてアライメントを行うことが可能となる。

３０は制御部であり、ＣＣＤカメラ１０、受光部８、測定スイッチ３２、メモリ３３、及びモニタ１０７が接続されている。制御部３０は、ＣＣＤカメラ１０及び受光部８の出力に基づいて測定結果の算出を行ったり、ＣＣＤカメラ１０により撮像される前眼部画像をモニタ１０７に表示させる役割を持つ。測定スイッチ３２は、測定開始のトリガ信号を出力するスイッチである。メモリ３３は、測定データ等を記憶する役割を持つ。

眼屈折力の測定について簡単に説明する。スイッチ部１０８のモード切換えスイッチにより眼屈折力測定モードを選択すると、光源１４及び光源１が点灯される。被検眼には、光源１４の点灯によ光軸Ｌ１方向から呈示される固視標１５を固視させる。固視標１５は、例えば、風景チャートであり、アライメント用の光源２１と区別して、これを固視させることができる。被検眼の前眼部像は、ＣＣＤカメラ１０に撮像される。検者はモニタ１０７にて前眼部像と図示なきレチクルを観察しながら、ジョイスティック１０５等の操作により移動台１０３及び測定部１０４をＸＹＺ方向に移動し、粗くアライメントする。ＣＣＤ１０により第一指標投影光学系２０及び第二指標投影光学系２５による４つの指標像（角膜反射像）が検出できるようになると、制御部３０は前述のようにそれらの指標像の検出結果に基づいてＸＹＺの各方向のアライメント状態を得て、測定部１０４をＸＹＺ駆動部１０６により移動させ、アライメントを完了させる。アライメント完了後は自動的に、又は検者が測定開始スイッチを押すことにより、眼屈折力測定光学系による測定が実行される。

次に、角膜厚測定について説明する。モード切換えスイッチにより角膜厚測定モードを選択すると、光源１４及び光源１は消灯される。アライメント用の各光源は点灯されたままであり、第一指標投影光学系２０及び第二指標投影光学系２５の左右どちらかは角膜厚測定用の光束を照射する照射光学系及び固視標を呈示する固視標光学系として用いられる。なお、説明の便宜上、図２で示した左右の第一指標投影光学系２０及び第二指標投影光学系２５を区別するために、図３では、左側の光学系を第一指標投影光学系２０ａ及び第二指標投影光学系２５ａとし、右側の光学系を第一指標投影光学系２０ｂ及び第二指標投影光学系２５ｂとする。各光学部材についても同様に、区別する符号を付している。

ここで、被検者から見て左側の第一指標投影光学系２０ａ及び第二指標投影光学系２５ａを角膜厚測定に用いるものとする。被検者には左側に見える光源２１ａを固視させる。角膜厚測定時のアライメントは、前述の眼屈折力測定時と同様であり、ＣＣＤカメラ１０により検出される各指標投影光学系の４つの指標像に基づいて、測定部１０４が移動されることによりなされる。図３は、被検眼が光源２１ａを固視したときのアライメント完了状態を示す。

図４は、アライメント完了した時の、被検眼Ｅ，第一指標投影光学系２０ａ，第二指標投影光学系２５ａ及び撮像光軸Ｌ１の光学的関係を示す概略図である。図４において、Ｎ１は被検眼Ｅが光源２１ａを固視しているときの視軸である。被検眼Ｅが光源２１ａを固視しているときの視軸Ｎ１を挟んで、第一指標投影光学系２０ａの光軸Ｍ１の方向と撮像光学系の光軸Ｌ１の方向とが、角度θでほぼ対称となるように配置されている。点Ｐ１は視軸Ｎ１上の角膜表面の交点であり、Ｐ２は視軸Ｎと角膜裏面の交点である。ここで、光軸Ｌ１の軸方向から観察される光源２６ａの角膜表面による反射像（虚像）及び角膜裏面による反射像（虚像）が、それぞれＩ₁及びＩ₂として形成される。撮像光学系１７はテレセントリック光学系として構成されているので、光軸Ｌ１方向から観察される角膜表面反射像Ｉ１の中心（角膜表面Ｐ１での正反射光の主光線Ｌｓ）と角膜裏面反射像Ｉ２の中心（角膜裏面Ｐ２での正反射光の主光線Ｌｒ）との間隔Ｈを検出すれば、角膜厚ｄを求めることができる。

なお、角膜厚測定時には、アライメント完了した後、測定スイッチ３２による測定開始のトリガ信号が入力されると（又はアライメント完了が検出された後に自動的にトリガ信号が発せられ）、角膜厚測定光源２６ａ以外の光源２１ａ，２１ｂ，２６ｂ及び図示を略した前眼部照明光源が消灯される（減光する場合も含む）。これにより、角膜厚測定以外のノイス光が減少し、また他のアライメント指標像（反射像）も消えるため、弱い光量の角膜裏面反射像Ｉ２を検出し易くなる。

ＣＣＤカメラ１０により撮像された前眼部像はメモリ３３に記憶される。制御部３０は、メモリ３３に記憶された画像における反射像Ｉ₁とＩ₂を抽出し、その間隔Ｈに基づいて角膜厚ｄを演算する。以下、間隔Ｈに基づいて角膜厚ｄを求める方法を、図５を用いて説明する。

図５において、角膜曲率中心を０座標とし、角膜曲率半径をｒ₀、角膜曲率中心と固視点を結んだ直線と角膜表面との交点をＰ₁（Ｐｘ、Ｐｙ）、角膜曲率中心と固視点を結んだ直線と角膜裏面との交点をＰ₂、Ｐ₂からの反射光と角膜表面との交点をＱ（Ｑｘ、Ｑｙ）、∠Ｐ₁ＯＳ＝θ、∠Ｐ₁ＯＱ＝α、∠ＱＯＳ＝β₀、∠Ｐ₁Ｐ₂Ｑ＝∠γ、角膜内の屈折率をｎ、空気中の屈折率を１とすると、
Ｐ₁＝（ｒ₀ｃｏｓθ、ｒ₀ｓｉｎθ）
Ｑ＝（ｒ₀ｃｏｓβ₀、Ｐｙ−Ｈ）
となる。図５におけるｗは、ｗ＝Ｑｘ−Ｐｘであるから、
ｗ＝ｒ₀ｃｏｓβ₀−ｒ₀ｃｏｓθ
となる。この時、
β₀＝ｓｉｎ^-1｛（ｒ₀ｓｉｎθ−Ｈ）／ｒ₀｝
である。よって、座標Ｐ１とＱ間の距離ｖは、三平方の定理により、
ｖ＝√（ｈ²＋ｗ²）
として求められる。また、ｓ及びｔは、
ｓ＝ｖ・ｓｉｎ（α／２）
ｔ＝ｖ・ｃｏｓ（α／２）
となる。これらを基にｃを求めると、
ｃ＝ｔ／ｔａｎ（∠γ）
となる。但し、∠γ＝α＋β₁、β₁＝ｓｉｎ^-1（β₀／ｎ）である。よって、上記の式より、ｄ＝ｃ＋ｓを求めることにより、角膜厚ｄが得られる。

以上のような構成により、角膜厚測定用の受光素子（撮像素子）と、被検眼の観察や位置合わせを行うための受光素子をそれぞれ備えることなく、簡単な構成で、簡易的な角膜厚を測定することができる。さらに、上記の実施形態では、角膜厚測定に用いる被検眼固視用の指標投影光学系及び角膜厚測定用指標を投影するため光学系と、アライメント用の指標投影光学系を兼用させることにより、より簡易的な構成とすることができる。なお、被検眼の角膜曲率半径の違いによる角膜厚の誤差は少ないので、上記の角膜曲率半径ｒ₀は平均的な値を使用すれば良い。また、角膜曲率半径ｒ₀が分かっている場合は、その値を入力しておいても良い。

以上の実施形態の眼科装置では、眼屈折力と角膜厚を１台の眼科装置で測定できる。角膜の曲率を変化させ眼の屈折異常を矯正する角膜矯正手術等では、被検眼の屈折力や角膜形状と共に角膜厚の情報を得て角膜矯正手術の適応を診断しているので、上記のように眼屈折力と角膜厚を１台の眼科装置により測定できることは都合が良い。

図６は、上記の実施形態に対して角膜形状測定用の指標投影系を設けた構成例である。光軸Ｌ１の後方の光学系は、図２と同様の光学系が配置されているので、省略している。被検眼に指標を投影する投影光学系は、光軸Ｌ１からの距離が近い順に、第一指標投影光学系５０、第二指標投影光学系５５、第三指標投影光学系６０を備える。第一指標投影光学系５０は、光源５１、スポット絞り５２を備え、有限遠の赤外光の指標を被検眼に投影する構成となっている。第二指標投影光学系５５は、可視可能な近赤外光を発する近赤外光源５６、スポット絞り５７、コリメーティングレンズ５８を備え、平行光束により無限遠の指標を被検眼に投影する。第三指標投影光学系６０は、近赤外光源６１、スポット絞り６２、コリメーティングレンズ６３を備え、これも無限遠の指標を被検眼に投影する。なお、第二指標投影光学系５５は、光軸Ｌ１を中心に４個配置されており、この内の２つは装置の水平方向に、他の２つは装置の垂直方向に、それぞれ投影光軸が光軸Ｌ１に対して所定の角度で交わるように配置されている。この第二指標投影光学系５５は、角膜形状測定用及びアライメント用に兼用され、さらに、角膜厚測定時には固視光学系として使用される。また、第三指標投影光学系６０は左右どちらか一方に配置されていればよい。

上記構成においてアライメントを行う場合、被検眼が光軸Ｌ１と同軸になるようにアライメントを行うには、第一指標投影光学系５０及び第二指標投影光学系５５による角膜反射像の相対位置の変化をＣＣＤカメラ１０にて検出することにより、アライメント状態を検出する。また、第二指標投影光学系５５により投影される指標は、光軸Ｌ１を中心に４つの角膜反射像ができるので、これらの位置をＣＣＤカメラ１０で検出することにより被検眼の角膜形状を測定する。

被検眼の角膜厚を測定する場合には、第三指標投影光学系６０側に位置する第二指標投影光学系５５の光源を被検眼に固視させた状態でアライメント完了させた後、それらの光源５１及び５６を消灯すると共に、第三投影光学系６０の光源６１を点灯する。これにより、角膜厚測定用の指標が投影され、その角膜表面反射像と角膜裏面反射像とに基づいて、前述と同様に角膜厚が測定される。なお、この例では、被検眼に第二指標投影光学系５５の光源５６を固視させた時の被検眼の視軸Ｎ２が、その投影光軸と一致するように配置されており、視軸Ｎ２を挟んで、光軸Ｌ１の方向と第三指標投影光学系６０の光軸方向とがほぼ対称になるように構成されている。

図７は、この変容例は、図３及び図４で示した指標投影光学系に、第三指標投影投影光学系７０を加えたものである。指標投影投影光学系７０は、赤外光線７１、スポット絞り７２、コリメーティングレンズ７３を備え、略平行光束により被検眼に無限遠の指標を投影する。その投影光軸Ｍ３は、光軸Ｌ１に対して第二指標投影光学系２６ａの光軸Ｍ１より大きな角度φを持つように配置されている。このため、指標投影光学系７０による光束は第二指標投影光学系２６ａとは異なる部位で角膜表面反射像Ｉ₃，角膜裏面反射像Ｉ₄を形成する。反射像Ｉ₃，Ｉ₄を撮像光学系１７のＣＣＤカメラ１０により撮像し、その間隔を検出することにより、視軸Ｎ上とは別の部位である角膜表面Ｐ３と角膜裏面Ｐ４における角膜厚を得ることができる。さらに、第三指標投影光学系７０を光軸の角度φを異なる角度とすることにより、他の部位での角膜厚を測定できる。

なお、光軸Ｌ１中心の固視標１５を使用して被検眼の視軸Ｎを光軸Ｌ１に導き、上記の第二指標投影光学系２６ａや第三指標投影投影光学系７０を複数設ける構成とすれば、視軸Ｎ上以外の角膜部位の角膜厚を複数箇所で測定でき、角膜厚の分布を簡単に得ることができる。

以上の実施形態では、撮像光学系１７のＣＣＤカメラ１０を、角膜厚測定のための角膜表面反射像及び角膜裏面反射像を受光する受光センサを兼ねるものとしたが、専用の受光センサを設けても良い。この場合、絞り１１とＣＣＤカメラ１０の間にビームスプリッタを設け、その反射方向に角膜表面反射像及び角膜裏面反射像を受光する受光センサを設ける。この受光センサに１次元ラインセンサを使用する場合は、その検出方向と直交する円柱軸を持つ円柱レンズを光路中に配置すれば、角膜反射像を検出しやすくなる。

本発明に係る眼科装置の外観図である。測定部に配置される光学系及び制御系の概略構成図である。被検眼が第一指標投影光学系の光源２１ａを固視したときのアライメント完了状態を示す図である。アライメント完了した時の、被検眼Ｅ，第一指標投影光学系，第二指標投影光学系及び撮像光軸Ｌ１の光学的関係を示す概略図である。角膜厚を求める方法を説明する図である。角膜形状測定用の指標投影系を設けた構成例である。被検眼の視軸部位と異なる部位の角膜厚を同時に測定可能にした場合の構成例である。

符号の説明

１０ＣＣＤカメラ
２０第一指標投影光学系
２１ａ光源
２５、２５ａ第二指標投影光学系
３３メモリ
５０第一指標投影光学系
５５第二指標投影光学系
６０第三指標投影光学系
７０第三指標投影光学系
Ｌ１撮像光軸
Ｎ１視軸

Claims

被検眼の前眼部を正面方向から観察する光軸を持つ観察光学系と、前記観察光学系の光軸外から固視標を呈示する固視光学系と、前記固視標を固視したときの被検眼の視軸を挟んで前記観察光学系の光軸と対称な光軸方向から被検眼角膜に向けて光束を照射する照射光学系と、該光束の照射による角膜表面の反射像と角膜裏面の反射像とを前記観察光学系の光軸方向から受光センサに受光させる受光光学系と、前記受光センサの出力に基づいて角膜厚を求める角膜厚測定手段と、を備えることを特徴とする眼科装置。
請求項１の眼科装置において、前記観察光学系は前眼部を撮像する撮像素子を持ち、前記撮像素子は前記受光センサを兼ねることを特徴とする眼科装置。
請求項２の眼科装置は、眼屈折力又は角膜形状等を測定する測定光学系と、該測定光学系をアライメントするためのアライメント指標を被検眼に投影する指標投影光学系を持ち、前記固視光学系は前記指標投影光学系の一部を兼用し、前記観察光学系の撮像素子は、さらに前記アライメント指標を検出する検出素子を兼ねることを特徴とする眼科装置。
請求項１の眼科装置は、前記観察光学系の光軸に対して前記照射光学系とは異なる角度の光軸方向から被検眼角膜に向けて光束を照射する第２の照射光学系を備え、前記角膜厚測定手段はさらに前記第２の照射光学系の光束の照射による角膜表面の反射像と角膜裏面の反射像とを受光した前記受光センサの出力に基づいて、被検眼の視軸部位と異なる部位における角膜厚を求めることを特徴とする眼科装置。