JP4492859B2

JP4492859B2 - 眼屈折力測定装置

Info

Publication number: JP4492859B2
Application number: JP2004224719A
Authority: JP
Inventors: 智今泉
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: US20060023161A1; JP2006042921A; US7275828B2

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。

眼屈折力測定装置の測定光学系においては、対物レンズを介して測定光源（測定指標）からの測定光束を被検眼眼底に投影する投影光学系と、眼底からの反射光束を投影光学系の対物レンズを介して受光素子に受光させる受光光学系と、を備えるものが知られている。この構成においては、投影光学系と受光光学系とで対物レンズを共用するため、測定指標からの測定光束が対物レンズのレンズ面で反射し、ノイズ光となって受光素子に入り、測定精度が低下してしまうという問題があった。この問題の対応として、測定指標（測定光源）を対物レンズの光軸から偏心させ、対物レンズからの反射光を軸外へ逃がすことで、受光素子に入射しないように構成したものが提案されている（特許文献１参照）。
特許第２９４５０９２号公報

ところで、眼屈折力測定光学系において、測定光源等の測定指標が固定的であると、被検眼が正視に近い場合は眼底に投影される測定指標像は鮮明であるが、屈折誤差が大きい場合には眼底に投影された測定指標像が大きくぼけてしまい、これを受光素子で受光したときのＳ／Ｎ比が低下し、測定精度が落ちてしまう。また、受光光学系の受光素子が固定であると、屈折誤差が大きい場合には、やはり受光素子上の受光像がぼけてしまうと共に、受光素子上で受光光束の位置が変化してしまい、広い測定範囲をカバーしようとすると解像度を落とすことになり、測定精度が低下する。この問題に対しては、測定指標及び受光素子（受光光学系の結像レンズを移動する場合も含む）を被検眼眼底と略共役関係となるように光軸方向に移動する構成とすることで対応可能である。

しかし、測定指標及び受光素子を光軸方向に移動する構成において、上記特許文献１で提案された構成を適用すると、対物レンズの反射光の反射角が変化してしまい、広い測定範囲に渡って対物レンズで反射した測定光束が受光素子に入らないようにすることは困難であることがわかった。

本発明は、上記従来装置の問題点に鑑み、測定指標を光軸方向に移動させる構成であっても、受光光学系の受光素子へのノイズ光の入射を抑えて精度よく眼屈折力を測定することが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。

（１）光軸上に置かれた測定指標からの測定光束をホールミラーのホール部を介して被検眼眼底に投影する投影光学系と、前記ホールミラーから被検眼側の光路を共用し、眼底からの反射光束を前記ホールミラーのミラー部で反射させて受光素子に受光させる受光光学系と、前記測定指標及び受光素子を被検眼眼底と略共役関係となるように光軸方向に移動する移動手段と、前記受光素子の移動位置とその受光素子の出力に基づいて被検眼の屈折力を求める眼屈折力測定装置において、前記投影光学系と受光光学系の共用光路に、前記測定指標からの光束を被検眼に向けて反射させるとともに被検眼からの反射光束を前記ホールミラー側に反射させる凹面鏡を設けたことを特徴とする。
（２）（１）の眼屈折力測定装置において、前記凹面鏡は軸外の非球面ミラーで構成され、前記受光素子を被検眼眼底と略共役関係となるように光軸方向に移動したときの移動位置に基づいて、被検眼眼底からの反射光が前記非球面ミラーで反射される際に発生する乱視成分を補正することを特徴とする。

本発明によれば、測定指標を光軸方向に移動させる構成であっても、受光光学系の受光素子へのノイズ光の入射を抑えて精度よく眼屈折力を測定することができる。また、対物光学部材を凹面鏡にすることで、レンズと違い、光路を折り曲げることが可能で、装置構成をコンパクトにできる。

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、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等の測定光源１１、リレーレンズ１２、ホールミラー１３、結像能力を持つ凹面鏡である放物面鏡１４、ビームスプリッタ１５からなり、この順に被検眼に向けて配置されている。測定光源１１は測定指標となるが、別にスポット開口を持つ測定指標板を設ける構成でも良い。放物面鏡１４は、反射光の光軸が入射光の光軸に対してずれる軸外の非球面ミラーであって、リレーレンズ１２により集光される光束をリレーするように配置されている。放物面鏡１４の反射光は、リレーレンズ１２により集光された入射光に対して光軸をずらした状態で平行光束となる。また、放物面鏡１４は、平行光束を入射した時に、球面鏡で生じる球面収差が発生せず、ある一点に光束が収束する特性を持っている。

受光光学系１０ｂは、投影光学系１０ａのビームスプリッタ１５、放物面鏡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。撮像素子２２はリングレンズ２０の後側焦点に位置し、被検眼眼底と共役関係とされている。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。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。

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。

なお、受光光学系１０ｂは、リングレンズ２０の代わりに、瞳孔と略共役位置で同一円周上に配置された少なくとも３経線方向の開口と、各開口を通過した光束を光軸から離れる方向に偏向するプリズムと、集光レンズとを設けた構成であってもよい。また、リングレンズ２０の代わりに、瞳孔と略共役な位置にマイクロレンズが二次元に格子状に配列されたレンズアレイを設け、撮像素子２２をそのマイクロレンズの焦点面に配置したような構成であってもよい（シャック・ハルトマンセンサの構成である）。

投影光学系１０ａの光源１１はモータ等からなる駆動ユニット２６ａにより光軸Ｌ１方向に移動可能になっている。また、受光光学系１０ｂのコリメータレンズ１９、リングレンズ２０、撮像素子２２は、モータ等からなる駆動ユニット２６ｂにより光軸Ｌ２方向に一体的に移動可能になっている。駆動ユニット２６ａと駆動ユニット２６ｂは、光源１１とコリメータレンズ１９〜撮像素子２２の部材を連動して移動する。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。駆動ユニット２６ａ、駆動ユニット２６ｂ、及びポテンショメータ２７は、制御部７０に接続されている。

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、放物面鏡１４、ビームスプリッタ１５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、ビームスプリッタ１５で反射された後に放物面鏡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、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が正視眼で、撮像素子２２と眼底とが共役にされている場合、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。

本装置においては、光源１１と、受光光学系１０ｂのコリメータレンズ１９、リングレンズ２０及び撮像素子２２を、駆動ユニット２６ａ及び２６ｂにより連動して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、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。光源１１を光軸方向に移動して被検眼眼底と略共役関係にすることにより、屈折誤差が大きな被検眼でも眼底にぼけの少ない光源像を投影することができ、撮像素子２２により受光されるリング像のＳ／Ｎ比の低下を抑えることができる。さらに、撮像素子２２を移動して被検眼眼底と略共役関係にすることにより、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に対応でき、また、リング像解析に際しての解像度を落とすことなく、精度の良い測定が可能になる。なお、撮像素子２２の移動については、これを直接移動する場合の他、ホールミラー１３〜コリメータレンズ１９までの間の光学部材を移動する構成も含まれる。

３０は固視光学系であり、ビームスプリッタ１５の透過方向の光軸Ｌ０上には、投光レンズ３３、固視標３２、可視光源３１が順次配置されている。屈折力測定時には、光源３１及び固視標３２を光軸Ｌ０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、ビームスプリッタ１５を介して被検眼に向かう。被検眼は固視標３２を固視する。ビームスプリッタ１５は、測定光学系１０の光源１１から出射される測定光を反射し、固視光学系３０の光源３１から出射される光を透過する役割を有する。

以上のような構成を備える装置において、屈折力測定時に光源１１が点灯されると、光源１１を出射した測定光束は、リレーレンズ１２、ホールミラー１３を経て、放物面鏡１４で反射された後、ビームスプリッタ１５で反射され、被検眼へと向かう。この時、放物面鏡１４の反射面は１面しかなく、放物面鏡１４の反射光は全て被検眼に向かうので、光源１１と、受光光学系１０ｂのコリメータレンズ１９、リングレンズ２０及び撮像素子２２を光軸方向に移動させても、撮像素子２２に入射することがない。軸外の放物面鏡１４を対物レンズに代えて使用したことにより、対物レンズのレンズ面で投影光学系の測定光束の反射光が撮像素子に入射することが無いので、ノイズ光によって測定精度が低下することを防止できる。被検眼に固視標３２を固視させ、被検眼に雲霧を掛けた状態で測定を行い、被検眼の眼底と略共役関係になるように光源１１及び撮像素子２２を移動させる。制御部７０は、前述したように、撮像素子２２の移動位置とこの時の撮像素子２２に形成されるリング像を形状解析した結果に基づいて乱視を含む屈折力値を演算する。

上記のように軸外の放物面鏡１４を対物レンズに代えて使用したことにより、対物レンズのレンズ面で投影光学系の測定光束の反射光が撮像素子に入射することが無いので、ノイズ光によって測定精度が低下することを防止できる。

なお、上記した軸外非球面ミラーである放物面鏡１４の使用に伴い、入射する光束が平行光束以外では軸外非球面ミラーでの反射光に収差が発生し、乱視成分として現われるので、これを補正しておくことが好ましい。以下、この補正について図３を使用して説明する。

放物面鏡１４（実線部分）は、放物面鏡１４０（点線部分）の軸外の一部を利用したものである。メリディオナル平面方向とは、主光線と非球面ミラー光軸を含む平面方向をいい、サジタル平面方向とは、メリディオナル平面方向と垂直の関係にある方向をいう。なお、本実施例において、図１の紙面と図３におけるメリディオナル平面方向とは同一平面上にある。ここで、放物面鏡１４に平行光束が入射した場合は、図３（ａ）に示すように、そのメリディオナル平面方向の反射光とサジタル平面の反射光とも光軸Ｌ１上の同一点Ａに集光する。平行光束の入射時に対して、収束光束や拡散光束が入射すると、図３（ｂ）に示すように、メリディオナル平面方向の反射光とサジタル平面方向の反射光とで、光軸Ｌ３上で集光する位置が異なる。すなわち、サジタル平面方向の反射光の集光点Ｂよりも、メリディオナル平面方向の反射光の集光点Ｃは光軸Ｌ１上で遠くに位置する。この場合、被検眼の屈折誤差が球面成分のみとしても、撮像素子２２上にできるリング像は楕円形状となる。例えば、サジタル平面方向の光束の集光点Ｂと撮像素子２２とが共役関係になるまで撮像素子２２を移動させると、撮像素子２２上のリング像はメリディオナル平面方向に長軸を持つ楕円形状となる。これをこのまま解析すると、乱視成分として現われてしまう。そこで、サジタル平面方向の光束の集光位置と撮像素子２２とが略共役関係になった時のリング像の形状を解析し、このときの撮像素子２２の移動位置に関連させて各経線毎に乱視成分の補正用データを予め作っておく。この補正データは、演算制御部７０が持つ記憶部に記憶させておく。測定時においては、サジタル平面方向の光束の集光位置と撮像素子２２を共役関係にした時の移動位置からサジタル平面方向の屈折誤差を求め、他の経線方向については乱視成分の補正データを基に補正して屈折力を求める。これにより、さらに精度の良い測定が可能になる。

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。放物面鏡の使用に伴う乱視成分の補正方法を説明する図である。

符号の説明

１０測定光学系
１１測定光源
１０ａ投影光学系
１０ｂ受光光学系
１３ホールミラー
１４放物面鏡
２６ａ、２６ｂ駆動ユニット
２７ポテンショメータ
７０制御部

Claims

光軸上に置かれた測定指標からの測定光束をホールミラーのホール部を介して被検眼眼底に投影する投影光学系と、前記ホールミラーから被検眼側の光路を共用し、眼底からの反射光束を前記ホールミラーのミラー部で反射させて受光素子に受光させる受光光学系と、前記測定指標及び受光素子を被検眼眼底と略共役関係となるように光軸方向に移動する移動手段と、前記受光素子の移動位置とその受光素子の出力に基づいて被検眼の屈折力を求める眼屈折力測定装置において、前記投影光学系と受光光学系の共用光路に、前記測定指標からの光束を被検眼に向けて反射させるとともに被検眼からの反射光束を前記ホールミラー側に反射させる凹面鏡を設けた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、前記凹面鏡は軸外の非球面ミラーで構成され、前記受光素子を被検眼眼底と略共役関係となるように光軸方向に移動したときの移動位置に基づいて、被検眼眼底からの反射光が前記非球面ミラーで反射される際に発生する乱視成分を補正することを特徴とする眼屈折力測定装置。