JP4458937B2

JP4458937B2 - 眼屈折力測定装置

Info

Publication number: JP4458937B2
Application number: JP2004164335A
Authority: JP
Inventors: 昌明羽根渕
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: US7275825B2; KR101062279B1; KR20060049531A; JP2005342153A; US20050270488A1

Description

本発明は、眼科医院などで使用される眼屈折力測定装置に関する。

被検眼眼底に瞳孔中心部からスポット光束を投影し、瞳孔と共役位置に設けたリング状開口（同一円周上で少なくとも３経線方向にある開口の場合も含む）を介して眼底からの反射光束を取り出し、これを結像光学部材により２次元受光素子に導き、２次元受光素子で検出される眼底反射像の位置情報から被検眼の屈折力を求める眼屈折力装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平１−２９３８４１号公報

しかし、従来例においては、眼底反射光に含まれる水晶体や角膜等での散乱光のために眼底反射像の位置検出が不正確になり、精度の高い測定ができない場合があった。特に、被検眼の近視度が強い場合には、眼底反射像が２次元受光素子上の光軸中心に集まるため、散乱成分が受光素子の中心部で重なってその影響が大きくなる。

本発明は、上記問題点を鑑み、精度の高い測定を可能にする眼屈折力測定装置を提供することを技術課題とする。

（１）被検眼眼底に瞳孔中心部からスポット光束を投影する投影光学系と、眼底からの反射光束を瞳孔周辺部から取り出して受光素子上に受光させる受光光学系とを備え、前記受光素子の出力に基づいて被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置であって、
前記受光光学系は、被検眼瞳孔と共役位置に配置され、眼底からの反射光束を瞳孔周辺部からリング状に取り出す開口と、該開口を通過した眼底反射光束を前記受光素子にリング状に結像させる結像光学部材と、該結像光学系より被検眼側で被検眼眼底と共役位置に配置された眼底共役絞りとを備え、前記眼底共役絞りのサイズは、前記結像光学部材による前記受光素子上での絞りの投影領域が光軸中心部で重ならない大きさであって、所定の測定可能範囲において最も近視度の大きい球面度数に対応する眼底反射像が前記投影領域内に含まれるような大きさに設定されていることを特徴とする。
（２）（１）の眼屈折力測定装置において、前記眼底共役絞りから前記受光素子までの光学系を被検眼の屈折誤差に応じて移動させ、前記眼底共役絞り及び受光素子を被検眼眼底と共役位置に移動させる制御手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、精度の高い眼屈折力測定が可能になる。

以下、本発明の最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、一実施形態としての眼屈折力測定装置の光学系及び制御系を示す概略構成図である。

測定光学系１０は、被検眼の瞳孔中心部から眼底にスポット状の光束を投影する投影光学系１０ａと、その反射光を瞳孔周辺部からリング状に取り出す受光光学系１０ｂから構成される。投影光学系１０ａは、測定光軸Ｌ１上に配置されたＬＥＤやＳＬＤ等の赤外点光源１１、リレーレンズ１２、ホールミラー１３、測定用対物レンズ１４からなり、この順に被検眼に向けて配置されている。光源１１は、好ましくは正視の被検眼眼底と共役な関係となっている。なお、本明細書でいう「共役」とは、厳密に共役である必要はなく、測定精度との関係で必要とされる精度で共役であれば良いことを意味する。

受光光学系１０ｂは、投影光学系１０ａの測定用対物レンズ１４及びホールミラー１３を共用し、ホールミラー１３の反射方向の光路に配置されたリレーレンズ１６、ミラー１７、ミラー１７の反射方向の光路に配置された受光絞り１８、コリメータレンズ１９、リングレンズ２０、ＣＣＤ等の２次元受光素子である撮像素子２２を備える。受光絞り１８はコリメータレンズ１９の前側焦点に位置し、撮像素子２２はリングレンズ２０の後側焦点に位置する。受光絞り１８及び撮像素子２２は、正視の被検眼眼底と共役な関係となっている。撮像素子２２の出力は、画像処理部７１を介して制御部７０に接続されている。

リングレンズ２０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、平板上に円筒レンズをリング状に形成したレンズ部２０ａと、このレンズ部２０ａ以外に遮光のためのコーティングを施した遮光部２０ｂより構成されている。この遮光部２０ｂによりリング状開口が形成される。リングレンズ２０は遮光部２０ｂが被検眼瞳孔と共役位置となるように受光光学系に設けられている。このため、眼底からの反射光は瞳孔周辺部から遮光部２０ｂに対応した大きさでリング状に取り出される。リングレンズ２０に平行光束が入射すると、その焦点位置に配置された撮像素子２２上には、リングレンズ２０と同じサイズのリング像が集光する。リングレンズ２０は眼底反射光をリング状に分離し、その集光作用によって、撮像素子２２上にリング像を結像する結像光学部材を構成する。

また、好ましくは、投影光学系１０ａの光源１１と、受光光学系１０ｂの受光絞り１８、コリメータレンズ１９、リングレンズ２０、撮像素子２２は、駆動ユニット２６により光軸方向に一体的に移動可能とする。これらの移動位置は、ポテンショメータ２７により検出される。なお、ホールミラー１３とリングレンズ２０は、その移動量に拘わらず、被検眼の瞳と一定の倍率で共役になるように配置されている。

光源１１から出射された赤外光は、リレーレンズ１２、ホールミラー１３、対物レンズ１４を経て、被検眼の眼底上にスポット状の点光源像を投影する。眼底に投影された点光源像は反射・散乱されて被検眼を射出し、対物レンズ１４によって集光され、ホールミラー１３、リレーレンズ１６、ミラー１７を介して、受光絞り１８上で再び集光され、コリメータレンズ１９にて略平行光束とされ、リングレンズ２０によってリング光束として取り出された後、撮像素子２２に受光される。投影光学系１０ａでは被検眼の瞳中心から細い光束で入射させ、受光光学系１０ｂでの反射光束の取り出しは、それと重ならない周辺部より行う。リングレンズ２０によって、例えば、瞳上のサイズで内径（直径）２．０ｍｍ、外径（直径）２．８ｍｍのリング光束が取り出される。

ここで、被検眼Ｅが正視眼の場合、撮像素子２２と眼底とが共役になり、眼底反射光はリングレンズ２０に平行光束として入射するため、撮像素子２２上にはリングレンズ２０と同じサイズのリング像が結像する。一方、被検眼Ｅに球面屈折成分の屈折異常がある場合、撮像素子２２上にできるリング像（リング状の眼底反射像）のリング半径は、その球面屈折誤差のずれ量に比例した大きさになる。乱視屈折誤差がある場合は、撮像素子２２上にできるリング像はその乱視屈折誤差に応じて楕円形状となる。したがって、撮像素子２２上にできるリング像の形状を解析することにより、各経線方向の屈折誤差を求めることができ、これに所定の処理を施すことにより、Ｓ（球面度数）、Ｃ（乱視度数）、Ａ（乱視軸角度）の屈折値を求めることができる。リング像のサイズ（リング半径）は、リング像のエッジの中心位置、光量レベルの重心位置あるいは光量レベルのピーク位置として求めることができる。

なお、光源１１と、受光光学系１０ｂの受光絞り１８、コリメータレンズ１９、リングレンズ２０及び撮像素子２２を、駆動ユニット２６により一体的に光軸方向に移動させ、撮像素子２２上のリング像が最も細くなる、あるいは最も明るくなる、あるいはリング像の平均サイズがリングレンズ２０のサイズと同じになるようにして、光源１１、受光絞り１８、撮像素子２２を被検眼の眼底と共役な位置にあわせる。そして、ポテンショメータ２７によって検出された移動位置を球面屈折誤差に変換する。被検眼の経線毎の屈折誤差は、この球面屈折誤差と撮像素子２２上のリング像の位置から求められる経線毎の屈折誤差との和として求めることができる。このように絞り１８〜撮像素子２２までの光学系を被検眼の屈折誤差に応じて眼底共役位置に移動させる構成とすることで、リング像解析に際しての解像度を落とすことなく、また、撮像素子２２の受光面のサイズを大きくすることなく、大きな屈折誤差の測定に対応できる。

図３（ａ）は受光光学系１０ｂの一部を拡大した図であり、図３（ｂ）は撮像素子２２上に投影される受光絞り１８の投影像（投影領域）を示す図である。撮像素子２２の検出範囲は、本実施例ではリングレンズ２０の直径Ｒｒの２倍以上としている。ここで、コリメータレンズ１９の焦点距離をｆｃ、リングレンズ２０の焦点距離をｆｒとすると、受光絞り１８の投影倍率βは、
β＝−ｆｒ／ｆｃ
で表される。受光絞り１８の直径（絞りサイズ）をＤ１、撮像素子２２に投影される受光絞り１８の投影像の大きさ（幅）をＤ２とすると、
Ｄ２＝Ｄ１×｜β｜＝Ｄ・ｆｒ／ｆｃ
の関係となる。ここで、
Ｄ２≦Ｒｒ
となるように、受光絞り１８の直径Ｄ１の最大サイズを設計する。すなわち、
Ｄ１≦Ｒｒ／｜β｜
とするとことにより、コリメータレンズ１９とリングレンズ２０でリング状に分離されて撮像素子２２上に投影される受光絞り１８の投影像１８Ｐは、撮像素子２２の光軸中心部で重ならないように投影される。好ましくは、
Ｄ１＝Ｒｒ／｜β｜
であり、これはちょうど光軸Ｌ１を含む領域である。

図４は、撮像素子２２上における眼底反射光のリング像の受光状態と、受光絞り１８の投影像１８Ｐと、の関係を示した図である。リングレンズ２０は円形であり、経線方向の屈折力しか持たないので、撮像素子２２上における受光絞り１８の投影像１８Ｐは、光軸Ｌ１を中心とした内側の包絡線Ｈ１及び外側の包絡線Ｈ２で囲まれた領域として表される。眼底反射光は、散乱成分も含めて、包絡線Ｈ１及びＨ２で囲まれた領域内でのみ存在できる。受光絞り１８の絞りサイズを小さくすると、内側の包絡線Ｈ１の径は大きくなり、逆に外側の包絡線Ｈ２の径は小さくなる。

ここで、受光絞り１８及び撮像素子２２等を光軸方向に移動させない場合、撮像素子２２上にできるリング像のリング半径２０Ｐｒは、被検眼の球面屈折誤差に比例した大きさになる。したがって、受光絞り１８の最小サイズは、被検眼の球面屈折誤差の測定可能範囲との関係で決められる。すなわち、測定可能な最も近視度の大きい被検眼（例えば、−２５．０Ｄ）を測定したときに、撮像素子２２上にできるリング像２０Ｐｒ（眼底反射光の結像位置）が投影像１８Ｐの領域内に含まれるように、受光絞り１８の最小サイズを決定する。また、測定可能な最も遠視度の大きい被検眼（例えば、＋２５．０Ｄ）を測定したときも、その眼底反射光の結像位置が投影像１８Ｐの領域内に含まれるようにする。

次に、図５を用いて受光絞り１８の作用について説明する。図５（ａ）は、受光絞り１８を設けなかった場合に、撮像素子２２における或る経線方向（図４上のＭ0）で検出されるリング像の受光光量を示す図である。

Ｋａ及びＫｂは、リングレンズ２０によってそれぞれ分離された片側のリング像の光量分布を示す。Ｐａ及びＰｂは、それぞれＫａ及びＫｂの光量分布から検出されるピーク位置を示す。リング像の光量分布Ｋａ及びＫｂは、散乱光を含んだ眼底反射光が光軸Ｌ１を超えて重なっている。Ｋｃは、Ｋａ及びＫｂを重ねあわせた光量分布を示す。すなわち、撮像素子２２上では、ＫａとＫｂは区別されずに、Ｋａ及びＫｂを重ねあわせた光量分布Ｋｃとして検出される。ＰｃａとＰｃｂは、光軸Ｌ１を境にそれぞれＫｃの光量分布から検出されるピーク位置を示す。ここで、リング像の位置を検出するための一般的な方法として、受光光量分布のピーク位置を像位置として検出したとすると、Ｋｃの光量分布のピークＰｃａとＰｃｂが像位置として検出されてしまう。これは、本来のピークＰａ及びＰｂからずれている。この結果、リング像位置の検出が誤差を含んだ状態で行われることになるので、測定結果に誤差が生じてしまう。なお、受光光量分布のピーク位置を像位置として検出する方法でなく、例えば、予め設定した所定の閾値を超えた２点間の中間位置を像位置とするような場合であっても同様の問題が生じる。

これに対して、図５（ｂ）は、上記のように決定された絞りサイズを持つ受光絞り１８を設けた場合に、撮像素子２２における同じ経線方向Ｍ0で検出されるリング像の受光光量を示す図である。光量分布Ｋａ及びＫｂに対して、受光絞り１８は内側の包絡線Ｈ１を超えた部分（Ｋａにおける点線Ｎａ部分、Ｋｂにおける点線Ｎｂ部分）の散乱束を事前にカットする。このため、図５（ａ）のように散乱光を含んだ眼底反射光が重なることが無い。よって、本来のピークＰａ及びＰｂから像位置を検出することができるので、測定誤差が発生する要因が解消される。

なお、測定可能範囲を広げるためには、投影像１８Ｐが光軸ｌ１を含むとして、受光絞り１８の直径Ｄ１の最大サイズを、ちょうどＤ２＝Ｒｒとなるようにすれば良い。実際には、投影像１８Ｐが光軸中心部で多少重なっても、その重なりの検出光量と図５（ｂ）における本来のピークＰａ及びＰｂがそれぞれ検出できれば、実用上問題ない。すなわち、本発明において受光素子上での眼底共役絞りの投影領域が光軸中心部で重ならないとは、実用上問題のない程度に、受光素子上での眼底共役絞りの投影領域が光軸中心部で多少重なる場合も含まれる。

上記実施形態は、種々の変形が可能である。例えば、コリメータレンズ１９と撮像素子２２との間に結像光学部材としてのリングレンズ２０を設ける代わりに、図６の受光光学系を構成することも可能である。図６において、受光絞り１８から撮像素子２２までの光路には、コリメータレンズ１９、瞳孔と共役位置に配置され開口であって、同一円周で少なくとも３経線方向に設けられた開口を有する開口部材３０、各開口の位置に対応して配置された光束偏向プリズム３１、結像レンズ３２が順次配置されている。開口部材３０の開口数は、例えば６個であり、光束偏向プリズム３１もその６個の開口に対応した楔プリズムである。６個の開口を通過した眼底反射光は、それぞれの楔プリズムによって光軸から離れる方向に偏向され、結像レンズ３２によって撮像素子２２上で６個のドット状に結像される。

この受光光学系においては、コリメータレンズ１９〜結像レンズ３２の結像光学部材によって受光絞り１８の投影像も光軸から、それぞれ離れる方向に投影される。図７は、撮像素子２２上における受光絞り１８の投影像１８Ｐ１を示したものである。この光学系においては、隣合う投影像１８Ｐ１同士が重ならない大きさとなるように絞り１８の絞りサイズを設定することによって、散乱光の影響を排除し、ドット状の眼底反射像Ｓを精度良く検出できる。この場合も、測定可能な最も近視度の大きい被検眼を測定したとき、及び最も遠視度の大きい被検眼を測定したときに、投影像１８Ｐ１の領域内に眼底反射像Ｓが結像する大きさで設定しておく。さらに、先の例と同じく、被検眼の屈折誤差に応じて受光絞り１８〜撮像素子２２までの受光光学系及び光源１１を眼底共役位置に移動させることで、眼底反射像Ｓの検出の解像度を落とすこと無く、大きな屈折誤差の測定に対応できる。

さらに、上述した実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。例えば、絞り１８の形状は丸形状に限らず、方形形状であっても良い。また、受光絞り１８を、ミラー１７とコリメータレンズ１９の間にある眼底共役位置に配置するかわりに、同じく受光光学系１０ｂの光路中の対物レンズ１４とホールミラー１３の間の眼底共役位置に配置する。この場合、投影光学系１０ａにおける点光源１１からの光束を細くして、受光絞り１８を十分に通過できば、光量損失を受けることなく、同様の効果を奏する。
このような変更も、技術思想を同一にする範囲において、本発明に含まれるものである。

一実施形態としての眼屈折力測定装置の光学系及び制御系を示す概略構成図である。リングレンズの構成を説明する図である。受光光学系の一部を拡大した図、及び撮像素子上に投影される受光絞りの投影像（投影領域）を示す図である。撮像素子上における眼底反射光のリング像の受光状態と、受光絞りの投影像と、の関係を示した図である。受光絞りの作用について説明するための図である。受光光学系の変容例を説明する図である。撮像素子上における受光絞りの投影像を示したものである。

符号の説明

１０測定光学系
１０ａ投影光学系
１０ｂ受光光学系
１８受光絞り
１８Ｐ投影像
１９コリメータレンズ
２０リングレンズ
２２撮像素子
３０開口部材
３１光束偏向プリズム
３２結像レンズ
Ｌ１光軸

Claims

被検眼眼底に瞳孔中心部からスポット光束を投影する投影光学系と、眼底からの反射光束を瞳孔周辺部から取り出して受光素子上に受光させる受光光学系とを備え、前記受光素子の出力に基づいて被検眼の屈折力を測定する眼屈折力測定装置であって、
前記受光光学系は、被検眼瞳孔と共役位置に配置され、眼底からの反射光束を瞳孔周辺部からリング状に取り出す開口と、該開口を通過した眼底反射光束を前記受光素子にリング状に結像させる結像光学部材と、該結像光学系より被検眼側で被検眼眼底と共役位置に配置された眼底共役絞りとを備え、前記眼底共役絞りのサイズは、前記結像光学部材による前記受光素子上での絞りの投影領域が光軸中心部で重ならない大きさであって、所定の測定可能範囲において最も近視度の大きい球面度数に対応する眼底反射像が前記投影領域内に含まれるような大きさに設定されていることを特徴とする眼屈折力測定装置。
請求項１の眼屈折力測定装置において、前記眼底共役絞りから前記受光素子までの光学系を被検眼の屈折誤差に応じて移動させ、前記眼底共役絞り及び受光素子を被検眼眼底と共役位置に移動させる制御手段を設けたことを特徴とする眼屈折力測定装置。