JP4492847B2

JP4492847B2 - 眼屈折力測定装置

Info

Publication number: JP4492847B2
Application number: JP2003430787A
Authority: JP
Inventors: 昌明羽根渕; 光宏郷野
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: US7416301B2; US20050157261A1; JP2005185523A

Description

本発明は、被検眼の屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置に関する。

瞳孔中心部から被検眼眼底にスポット光束を投影し、眼底からの反射光を瞳孔周辺部から取り出し、これを受光素子に受光して眼屈折力を測定する眼屈折力測定装置が知られている。この種の装置では、測定精度を確保するために、通常、被検眼を射出する測定光束を瞳上で２〜３ｍｍの領域から取り出しているが、この領域に対して瞳孔径が小さいと測定が難しくなる。この対応の一つとして、測定光学系を持つ測定部を瞳孔中心の周りを回るように駆動させる装置が、下記特許文献１にて提案されている。
特開２００２−１７６７６号

しかしながら、上記特許文献１の装置では測定光学系を持つ測定部全体を駆動させるため、その駆動が大掛かりなものになり、高速回転には適さない。また、測定部には被検眼に固視標を呈示する固視標光学系が組み込まれているが、測定部が回転すると被検眼に注視させる固視標も回転してしまうため、実際には被検眼の固視を安定させての測定ができない。このため、この種の装置は実用化されていない。
小瞳孔に対応としては、被検眼から取り出す測定光束の瞳上でのサイズを、さらに小さなサイズとする方法が考えられるが、この場合には投影光束の角膜反射や水晶体での反射がノイズとなり易く、瞳孔が十分に大きな被検眼においての測定精度が低下する問題がある。

本発明は、上記の従来技術に鑑み、簡単な構成で、小瞳孔の被検眼の測定にも精度良く対応できる眼屈折力測定装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を備えることを特徴とする。

（１）被検眼の瞳孔中心部から眼底にスポット状の光束を投光する投光光学系と，瞳孔と共役位置に配置されたリング状の開口を持つ遮光部により眼底からの反射光を瞳孔の周辺部から取り出して受光素子に受光させる受光光学系と，を含む測定光学系と、前記受光素子上の出力によるリング像の形状変化に基づいて被検眼の眼屈折力を得る演算手段と、を備える眼屈折力測定装置において、前記測定光学系の光路に配置され、かつ瞳孔と共役位置から外れた位置に配置された光束偏向部材と、該光束偏向部材を前記受光素子の蓄積時間よりも短い周期で前記測定光学系の測定光軸の回りに回転させる回転手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の眼屈折力測定装置において、
前記光束偏向部材は前記投光光学系と前記受光光学系とが共用する共用光路に配置され，前記回転手段により測定光軸の回りに回転する、
又は、前記光束偏向部材は前記投光光学系と受光光学系のそれぞれに配置され，前記回転手段により測定光軸の回りに同期して回転する、
ことを特徴とする。
（３）（１）の眼屈折力測定装置において、
前記投光光学系及び受光光学系の共用部分に配置された対物レンズの光軸が前記投光光学系及び受光光学系の光軸に対して傾斜又は偏心して配置されており、該対物レンズが前記光束偏向部材を兼用する、
又は、前記投光光学系と受光光学系はそれぞれ対物レンズを持ち、各対物レンズの光軸が前記投光光学系と受光光学系のそれぞれの光軸に対して傾斜又は偏心しており、各対物レンズが前記光束偏向部材を兼用する、
ことを特徴とする。
（４）（１）の眼屈折力測定装置において、前記光束偏向部材は、瞳孔と共役位置から外れた位置で、かつ、眼底と共役位置から外れた位置に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で小瞳孔の被検眼に対応でき、測定精度も確保できる。

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は本発明に係る眼屈折力測定装置の外観図である。測定装置は、基台１と、基台１に取り付けられた顔支持ユニット２と、基台１上に移動可能に設けられた移動台３と、移動台３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４を備える。移動台３は、ジョイスティック５の操作により、基台１上を左右方向（Ｘ方向）及び前後方向（Ｚ方向）に移動される。また、測定部４は回転ノブ５ａを回転操作することにより、モータ等からな駆動機構により上下方向（Ｙ方向）に移動される。移動台３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７、各種設定を行うためのスイッチが配置されたスイッチ部８が設けられている。

図２は、本装置における光学系及び制御系の概略構成図である。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、駆動部２３により光軸Ｌを中心に回転駆動されるプリズム１５、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は被検眼眼底と共役な関係となっており、ホールミラー１３のホール部は瞳孔と共役な関係となっている。プリズム１５は被検眼Ｅの瞳孔と共役な位置から外れた位置に配置されており、通過する光束を光軸Ｌ１に対して偏心させる。なお、プリズム１５に代えて平行平面板を光軸Ｌ１上に斜めに配置する構成でも良い。測定用対物レンズ１４と被検眼の間には、光路分岐部材であるビームスプリッタ２９が配置されている。ビームスプリッタ２９は、被検眼前眼部の反射光を観察光学系５０に反射させ、固視標光学系３０の光束を被検眼に導く。

受光光学系１０ｂは、投影光学系１０ａの測定用対物レンズ１４、プリズム１５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及び撮像素子２２は、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３（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（共役位置とは、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）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。なお、リング状開口を持つ遮光部２０ｂは、リングレンズ２０の近傍に別部材で構成しても良い。リングレンズ２０は、瞳孔径が大きな被検眼に対応させて、例えば、瞳孔上での内径の直径が２．０ｍｍ、外径の直径が２．８ｍｍである。

また、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、可動ユニット２５として光軸方向に一体的に移動可能となっている。２６は可動ユニット２５を光軸方向に移動させる駆動部であり、被検眼の球面屈折誤差（球面屈折力）に応じて移動さることで、球面屈折誤差を補正し、被検眼眼底に対して光源１１、受光絞り１８及び撮像素子２２が光学的に共役になるようにする。可動ユニット２５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、可動ユニット２５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。

ビームスプリッタ２９により光軸Ｌ１と同軸にされる光軸Ｌ２上には、観察系対物レンズ３６、ハーフミラー３５、ダイクロイックミラー３４、投光レンズ３３、固視標３２、可視光源３１が順次配置されており、光源３１〜観察系対物レンズ３６により固視標光学系３０が構成される。光源３１及び固視標３２は光軸Ｌ２方向に移動することにより被検眼の雲霧を行う。光源３１は固視標３２を照明し、固視標３２からの光束は投光レンズ３３、ダイクロイックミラー３４、ハーフミラー３５、対物レンズ３６を経た後、ビームスプリッタ２９で反射して被検眼に向かい、被検眼は固視標３２を固視する。

４０は被検眼正面からアライメント指標を投影する光学系であり、光源４１からの近赤外光は集光レンズ４２により集光されてダイクロイックミラー３４、ハーフミラー３５、対物レンズ３６を介して略平行光束とされた後、ビームスプリッタ２９で反射されて被検眼に投影される。

５０は観察光学系であり、ハーフミラー３５の反射側には、撮影レンズ５１、撮像素子であるＣＣＤカメラ５２が配置されている。カメラ５２の出力は画像処理部７７を介してモニタ７に接続されている。被検眼の前眼部像は、ビームスプリッタ２９、対物レンズ３６、ハーフミラー３５、撮影レンズ５１を介してカメラ５２の撮像素子面に結像し、観察画像がモニタ７に表示される。観察光学系５０は被検眼角膜に形成されるアライメント指標像を検出する光学系及び瞳孔位置を検出する光学系を兼ねることも可能であり、画像処理部７７により指標像の位置及び瞳孔位置が検出される。

次に、以上のような構成を備える装置において、その動作を説明する。測定に際して、検者はモニタ７に表示される前眼部像及び光源４１による角膜反射像を観察し、ジョイスティック５及び回転ノブ５ａを操作して被検眼に対して測定部４をアライメント調整する。アライメントが適正状態になったら、測定開始スイッチ７３を押して測定を開始する。なお、アライメント調整は、被検眼角膜に投影された指標を検出することにより、測定部４を駆動制御する自動アライメントとすることも可能である。この場合には、Ｚ方向のアライメント検出系を設けると共に、測定部４をＸＹＺ方向に移動する駆動機構を設ける。被検眼には固視標光学系３０による固視標を呈示し、被検眼にこれを注視させる。

制御部７０は、スイッチ７３からの測定開始信号により光源１１を点灯すると共に、プリズム１５を駆動部２３により高速回転する。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、プリズム１５、対物レンズ１４、ビームスプリッタ２９を経て、被検眼の眼底上にスポット状の点光源像を形成する。このとき、光軸周りに回転するプリズム１５により、ホールミラー１３のホール部の瞳投影像（瞳上での投影光束）は、高速に偏心回転される。

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、高速回転するプリズム１５、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の位置に再び集光され、コリメータレンズ１９とリングレンズ２０とによって撮像素子２２にリング状に結像する。このとき、眼底からの反射光束は投影光学系１０ａと同じプリズム１５を通過することによって、それ以降の光学系ではあたかも瞳上における投影光束・反射光束（受光光束）の偏心が無かったかのように逆走査されることになる。

図４は、瞳上における投影光束及び受光光束と、撮像素子２２上での受光光束の関係を説明する図である。図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、瞳孔上における投影光束１００と受光光束１０１は、お互いの位置関係を保持しながら測定光軸Ｌ１が位置する瞳孔Ｐｕの中心回りに偏心回転する。瞬間を捉えれば、撮像素子２２上の眼底反射像１０２は、図４（ｅ）〜（ｈ）のような三日月状であるが、プリズム１５を撮像素子２２の蓄積時間よりも短い周期で高速回転することにより、図４（ｉ）の如く、撮像素子２２からはそれらを積分したリング状の像１０３として検出することができる。これにより、瞳孔Ｐｕが受光光束１０１よりも小さい径であっても屈折情報を得ることが可能になる。また、健常眼及び瞳孔が小さくない白内障眼等においても、測定精度を確保したままで屈折情報を得ることができる。

撮像素子２２からの出力信号は画像処理部７１により検出処理される。被検眼が正視眼の場合、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を可動ユニット２５として、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可動ユニット２５の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各経線毎の屈折誤差との和として求めることができる。このように可動ユニット２５を光軸方向に移動す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。

実際の測定は、予備測定から得られる屈折力に基づいて固視標３２を一旦眼底と共役になる位置に置いた後、適当なディオプタ分だけ雲霧が掛かるように固視標３２を移動させる。そして、被検眼に雲霧を掛けた状態で本測定が実行される。固視標光学系３０の視標光束は、プリズム１５より被検眼側に配置されたビームスプリッタ２９を介して被検眼に向かうため、被検眼は固視標を安定して注視することができる。

上記のように、瞳と共役位置から外れた位置にあるプリズム１５を回転させることにより、投影光束と受光光束も瞳孔中心の回りに偏心回転するため、小瞳孔の被検眼に対しても測定可能になる。同時に、白内障等のノイズ光の影響を軽減して瞳孔の中心付近からの光束を検出することができ、精度の良い測定が可能になる。なお、屈折力は、瞳孔内での平均的な値として求められる。

また、プリズム１５が無い構成で、ＳＬＤ等の輝度が高く、干渉性も高い光源を用いた場合、撮像素子２２に受光されるリング像には、光源像の干渉のためにスペックルノイズが発生し、上記ようなリング像の光量分布が斑になる問題があることが分かった。この場合には、プリズム１５を瞳だけでなく、眼底とも共役で無い位置に配置すれば良い。これにより、被検眼眼底に投影されるスポット状の光束（点光源像）も高速で偏心回転運動するので、干渉性の高い光源（ＳＬＤ）を用いた場合のスペックルノイズは撮像素子２２の蓄積時間中に中和され、その影響が取り除くことが可能になる。このため、輝度及び干渉性の高い光源を用いて点光源をより小さくすることで、リング像のリング幅も細くできるので、より精度の高い測定が可能になる。

さらに、プリズム１５を設けることで次のような効果もある。光源１１からの光束が対物レンズ１４に入射する際に、そのレンズ面で若干の反射がある。上記のように瞳孔中心部から光束を眼底に入射させ、眼底からの反射光束を瞳孔の周辺部から取り出す構成の測定光学系においては、プリズム１５を配置しない場合、光源１１からの光束は対物レンズ１４の光軸中心を通るので、そのレンズ面での反射光がホールミラー１３の反射面、リレーレンズ１６等を経て撮像素子２２に入射し、撮像素子２２で眼底反像を検出するときのノイズとなる。これに対してプリズム１５を設けたことにより、光源１１からの光束はプリズム１５により偏心され、対物レンズ１４においても偏心した位置を通過する。このとき、レンズ面からの反射光がホールミラー１３のミラー面又はその後の受光光学系に入らないように、レンズ１４の曲面、光束が通過する偏心位置を設計的に決めることで、撮像素子２２にレンズ面からの反射光が入射することを防止できる。なお、プリズム１５での面でも光源１１からの光束が若干反射するので、プリズム１５の面での反射光がリレーレンズ１６に入射しないように、プリズム１５の面を光軸Ｌ１に対して傾斜させて作成しておけば良い。

図５は、測定光学系の変容例を示す構成図であり、投影光学系１０ａ及び受光光学系１０ｂの共通光路に配置された測定用対物レンズ８０の光軸Ｌ１ａを光軸Ｌ１から偏心させることで、先の例の図２における光束偏向部材としてのプリズム１５を兼ねるようにしている。この場合、対物レンズ８０を駆動部８３により光軸Ｌ１を中心に高速回転させることで、眼底へのスポット状の投影光束が光軸Ｌ１回りに偏心回転されると共に、瞳上から取り出される受光光束も投影光束との位置関係を保持しながら光軸Ｌ１回りにを偏心回転され、小瞳孔の測定が可能になる。また、対物レンズ８０の光軸Ｌ１ａを光軸Ｌ１に対して傾斜させることによっても、投影光束及び受光光束を光軸Ｌ１に対して偏心させることができ、同様な効果を得ることができる。

図６は、測定光学系の他の変容例を示す構成図である。投影光学系１０ａの専用光路であるリレーレンズ１２とホールミラー１３の間に光束偏向部材としての第１プリズム９０を配置すると共に、受光光学系１０ｂにおいても、その専用光路であるホールミラー１３とリレーレンズ１６の間に光束偏向部材としての第２プリズム９２を配置している。プリズム９０及び９２は、共に瞳孔の共役位置から外れた位置に設けられている。そして、プリズム９０及び９２を、その偏向方向が一致するようにして駆動部９１及び９３によりそれぞれの専用光学系の光軸回りに同期して回転駆動する。この構成によっても、先の例と同様な効果が得られる。

また、さらに図５及び図６の変容例として、投影光学系１０ａ及び受光光学系１０ｂにそれぞれ対物レンズを配置し、投影光学系１０ａ及び受光光学系１０ｂのそれぞれの光軸をハーフミラーで同軸に合成する構成とし、その各対物レンズの光軸が各光学系の光軸に対して傾斜又は偏心させる構成とする。そして、それぞれの対物レンズを投影光学系１０ａ及び受光光学系１０ｂの光軸回りに同期して回転駆動する。この場合には、各対物レンズが図６の光束偏向部材を兼用することとなる。この構成によっても、先の例と同様な効果が得られる。

本発明に係る眼屈折力測定装置の外観図である。本装置における光学系及び制御系の概略構成図である。リングレンズの構成を説明する図である。瞳上における投影光束及び受光光束と、撮像素子上での受光光束の関係を説明する図である。測定光学系の変容例を示す構成図である。測定光学系の他の変容例を示す構成図である。

符号の説明

１０測定光学系
１０ａ投影光学系
１０ｂ受光光学系
１１赤外点光源
１３ホールミラー
１４対物レンズ
１５プリズム
２０リングレンズ
２２撮像素子
２３駆動部
３０固視標光学系
５０観察光学系
７０制御部
８０対物レンズ
８３駆動部
９０第１プリズム
９１駆動部
９２第２プリズム
９３駆動部

Claims

被検眼の瞳孔中心部から眼底にスポット状の光束を投光する投光光学系と，瞳孔と共役位置に配置されたリング状の開口を持つ遮光部により眼底からの反射光を瞳孔の周辺部から取り出して受光素子に受光させる受光光学系と，を含む測定光学系と、前記受光素子上の出力によるリング像の形状変化に基づいて被検眼の眼屈折力を得る演算手段と、を備える眼屈折力測定装置において、前記測定光学系の光路に配置され、かつ瞳孔と共役位置から外れた位置に配置された光束偏向部材と、該光束偏向部材を前記受光素子の蓄積時間よりも短い周期で前記測定光学系の測定光軸の回りに回転させる回転手段と、を備え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、
前記光束偏向部材は前記投光光学系と前記受光光学系とが共用する共用光路に配置され，前記回転手段により測定光軸の回りに回転する、
又は、前記光束偏向部材は前記投光光学系と受光光学系のそれぞれに配置され，前記回転手段により測定光軸の回りに同期して回転する、
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、
前記投光光学系及び受光光学系の共用部分に配置された対物レンズの光軸が前記投光光学系及び受光光学系の光軸に対して傾斜又は偏心して配置されており、該対物レンズが前記光束偏向部材を兼用する、
又は、前記投光光学系と受光光学系はそれぞれ対物レンズを持ち、各対物レンズの光軸が前記投光光学系と受光光学系のそれぞれの光軸に対して傾斜又は偏心しており、各対物レンズが前記光束偏向部材を兼用する、
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、前記光束偏向部材は、瞳孔と共役位置から外れた位置で、かつ、眼底と共役位置から外れた位置に配置されることを特徴とする眼屈折力測定装置。