JP4653576B2

JP4653576B2 - 眼屈折力測定装置

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Publication number: JP4653576B2
Application number: JP2005194207A
Authority: JP
Inventors: 昌明羽根渕; 直己磯貝
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2007007277A

Description

本発明は、被検眼の眼屈折力を他覚的に測定する眼屈折力測定装置に関する。

従来より、被検眼眼底に測定指標を投影し、その反射光をリング像として二次元撮像素子にて受光して、そのリング像のリング形状から被検眼の眼屈折力を求める眼屈折力測定装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
特開平１−２９３８４１号公報

上記のような装置の場合、二次元受光素子に受光されたリング像の像位置から楕円像を近似し、近似された楕円像から被検眼の眼屈折力（球面度数、乱視度数、乱視軸角度）を求めるのが一般的であるが、被検眼に対する上下左右方向のアライメントずれが生じた状態で測定が行われると、被検眼の球面収差等の影響によって、二次元撮像素子にて受光されるリング像が歪んでしまい、測定結果に誤差が生じてしまう。

本発明は、上記問題点を鑑み、被検眼に対する上下左右方向にアライメントずれがあっても、信頼性のある測定結果が得られ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、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）被検眼眼底に測定指標光束を投影し、眼底からの反射された測定指標光束を２次元の受光素子に受光させる測定光学系を備え、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において、
測定実行時の被検眼に対する前記測定光学系のアライメントずれを検出するアライメント検出手段と、前記受光素子で受光される測定指標像に基づいて屈折力を演算する演算手段であって、前記アライメント検出手段で検出されるアライメントずれの方向及びずれ量に基づいて屈折力の演算に使用する測定指標像の領域を選択する演算手段と、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、前記測定光学系は、被検眼眼底にスポット状またはリング状の測定指標光束を投影する投影光学系と、眼底から反射された測定指標光束をリング像の測定指標像として２次元受光素子に受光させる受光光学系とを備え、前記演算手段はアライメントの方向及びずれ量に基づいて選択した領域のリング像から楕円近似を行って屈折力を演算することを特徴とする。
（３）（１）又は（２）の演算手段は、前記アライメント検出手段により検出されたアライメントのずれ量が所定の第１範囲内にあるときは受光された測定指標像の全領域を用いて屈折力を演算し、アライメントのずれ量が前記第１範囲より広く設定された所定の第２範囲内にあるときに、アライメントのずれ量が大きくなるに従って屈折力の演算に用いない領域が広くなるように演算に用いる領域を選択することを特徴とする。

本発明によれば、被検眼に対する上下左右方向にアライメントずれがあっても、信頼性のある測定結果が得られる。

以下、本発明の実施形態に係る眼屈折力測定装置について、図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る装置の外観構成図である。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。測定部４は、移動台３に設けられたＸＹＺ駆動部６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６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３は、ジョイスティック５の操作により、基台１上をＸ方向及びＺ方向に移動され、回転ノブ５ａを回転操作することにより、ＸＹＺ駆動部６のＹ駆動により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、本装置の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Ｅの瞳孔中心部を介して被検眼Ｅの眼底Ｅｆにスポット状の測定指標光束を投影する投影光学系１０ａと、眼底Ｅｆから反射された測定指標光束を瞳孔周辺部を介してリング状に取り出す受光光学系１０ｂと、から構成される。

投影光学系１０ａは、測定光学系１０の光軸Ｌ１上に配置された，ＬＥＤやＳＬＤ等の測定用赤外点光源１１，リレーレンズ１２，ホールミラー１３，駆動部２３により光軸Ｌ１を中心に回転されるプリズム１５，及び測定用対物レンズ１４を備える。光源１１は、正視眼の眼底Ｅｆと光学的に共役な位置関係となっている。また、ホールミラー１３の開口は、被検眼Ｅの瞳孔と光学的に共役な位置関係となっている。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よいことを意味する。

受光光学系１０ｂは、投影光学系１０ａの対物レンズ１４，プリズム１５，及びホールミラー１３が共用され、ホールミラー１３の反射方向の光軸Ｌ１上に配置された，リレーレンズ１６及び全反射ミラー１７と、全反射ミラー１７の反射方向の光軸Ｌ１上に配置された，受光絞り１８，コリメータレンズ１９，リングレンズ２０，及びエリアＣＣＤ等からなる二次元撮像素子２２を備える。受光絞り１８及び撮像素子２２は、眼底Ｅｆと光学的に共役な位置関係となっている。リングレンズ２０は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明平板状の片側に円筒レンズがリング状に形成されたレンズ部２０ａと、レンズ部２０ａのリング状円筒レンズ部分以外に施された遮光用のコーティングによる遮光部２０ｂと、から構成され、被検眼Ｅの瞳孔と光学的に共役な位置関係となっている。撮像素子２２からの出力は、画像メモリ７１を介して演算制御部７０に入力される。

対物レンズ１４と被検眼Ｅとの間には、固視標呈示光学系３０からの固視標光束とＸＹ方向アライメント指標投影光学系４０からのアライメント指標光束とを被検眼Ｅに導き被検眼Ｅの前眼部からの反射光を観察光学系５０に導くハーフミラー２９が配置されている。

固視標呈示光学系３０は、ハーフミラー２９により光軸Ｌ１と同軸にされた光軸Ｌ２上に配置された，固視標呈示用可視光源３１，固視標を持つ固視標板３２，投光レンズ３３，可視光透過・赤外光反射のダイクロイックミラー３４，ハーフミラー３５，及び観察用対物レンズ３６を備える。光源３１及び固視標板３２は、光軸Ｌ２方向に移動されることにより、被検眼Ｅの雲霧を行う。

被検眼正面から被検眼に対する上下左右（ＸＹ）方向のアライメント状態検出用の指標を投影するＸＹアライメント指標投影光学系４０は、固視標呈示光学系３０のダイクロイックミラー３４，ハーフミラー３５，及び対物レンズ３６が共用され、ダイクロイックミラー３４の反射方向の光軸Ｌ２上に配置された，アライメント用近赤外点光源４１及び集光レンズ４２を備える。光源４１からのアライメント指標光は、対物レンズ３６により略平行光束とされ、被検眼Ｅに投影される。

４５は前後方向（Ｚ方向）検出用のアライメント指標を投影する光学系であり、測定光軸Ｌ１を挟んで対称に配置された２組の第１投影光学系４５ａ、４５ｂと、この第１投影光学系４５ａ、４５ｂより狭い角度に配置された光軸を持ち測定光軸Ｌ1 を挟んで対称に配置された２組の第２投影光学系４５ｃ、４５ｄを備える。第１投影光学系４５ａ、４５ｂは、近赤外光を出射する点光源４６ａ、４６ｂ、コリメータレンズ４７ａ、４７ｂを持ち、略平行光束の光により被検眼Ｅに無限遠の指標を投影する。一方、第２投影光学系４５ｃ、４５ｄは、近赤外光を出射する点光源４６ｃ、４６ｄを持ち、発散光束により被検眼Ｅに有限遠の指標を投影する。

観察光学系５０は、固視標呈示光学系３０の対物レンズ３６及びハーフミラー３５が共用され、ハーフミラー３５の反射方向の光軸上に配置された，撮像レンズ５１及び二次元撮像素子５２を備える。撮像素子５２からの出力は、画像処理部７７を介して演算制御部７０及びモニタ７に入力される。図示なき前眼部照明用光源による被検眼Ｅの前眼部像は、二次元撮像素子５２により撮像され、モニタ７上に表示される。なお、この観察光学系５０は被検眼Ｅの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を兼ね、画像処理部７７によりアライメント指標像の位置が検出される。

演算制御部７０には、画像メモリ７１、メモリ７５、画像処理部７７、モニタ７、ＸＹＺ駆動機構６等が接続されている。演算制御部７０は、装置全体の制御を行うと共に、眼屈折値の算出等を行う。

被検眼の眼屈折力を求める場合、演算制御部７０は、測定開始信号の入力に基づき光源１１を点灯させると共に、プリズム１５を駆動部２３により高速回転させる。光源１１から出射された測定光は、リレーレンズ１２からビームスプリッタ（ハーフミラー）２９までを介して眼底Ｅｆに投影され、眼底Ｅｆ上で回転するスポット状の点光源像を形成する。このとき、光軸Ｌ１を中心に回転するプリズム１５により、ホールミラー１３の開口の瞳投影像（瞳上での投影光束）は、高速に偏心回転される。

眼底Ｅｆ上に形成された点光源像の光は、反射・散乱されて被検眼Ｅ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から全反射ミラー１７までを介して受光絞り１８の開口上で再び集光され、コリメータレンズ１９にて略平行光束（正視眼の場合）とされ、リングレンズ２０によってリング状光束として取り出され、リング像として撮像素子２２に受光される。

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。まず、被検者の顔を顔支持ユニット２に固定させた後、被検眼角膜にアライメント指標を投影して、測定部４と被検眼の位置合わせを行う。被検眼に対する測定部４のＸＹ方向のアライメント状態は光源４１により形成される指標像の位置関係から検出され、Ｚ方向のアライメント状態はアライメント指標投影光学系４５により形成される４つの指標像の位置関係から検出される。Ｚ方向のアライメント状態の適否は、第１投影光学系４５ａ、４５ｂによる２つの無限遠指標像の像間隔と第２投影光学系４５ｃ、４５ｄによる有限遠指標像の像間隔とを比較することにより検出される。無限遠視標の投影では、Ｚ方向が変化しても、その像間隔はほどんど変化しない。一方、有限遠視標の投影では、Ｚ方向の変化に伴ってその像間隔が変化する。この特性を利用してＺ方向のアライメント状態が判定できる（特開平６−４６９９９号参照）。

制御部７０は光源４１により形成される指標像に基づいて測定部４をＸＹ方向に移動し、アライメント指標投影光学系４５により形成される４つの指標像に基づいて測定部４をＺ方向に移動する。ＸＹＺの各方向のアライメント状態がそれぞれ所定の許容範囲に入ると、制御部７０はアライメント完了を判断し、測定開始信号を自動的に発して測定を実行する。手動測定の場合は、検者がジョイスティック５等を操作してアライメント完了させた後、図示亡き測定開始スイッチを押して測定開始信号を入力する。

図４は、測定開始信号をトリガとして測定が実行されることによって、撮像素子２２にて撮像されたリング像である。撮像素子２２からの出力信号は、画像メモリ７１に画像データ（リング画像）として記憶される。その後、演算制御部７０は、画像メモリ７１に記憶された画像データに基づいて各経線方向にリング像の位置を特定する（細線化する）。図５は、リング像における所定経線方向の輝度信号の波形を示す図である。この場合、演算制御部７０は、輝度信号の波形を所定の閾値にて切断し、その切断位置での波形の中間点や、輝度信号の波形のピーク、輝度信号の重心位置などを求めることによりリング像の位置を特定する。図６は、各経線方向毎にリング像の位置を特定したときの概念図である。

次に、演算制御部７０は、図６に示すように特定されたリング像の像位置に基づいて、最小二乗法等を用いて楕円像を近似する。なお、楕円近似の方法としては、眼屈折力測定や角膜形状測定等で周知である楕円近似の式を用いることができる。そして、近似された楕円の形状から各経線方向の屈折誤差を求めることができるので、これに基づいて被検眼の眼屈折値、Ｓ（球面度数）、Ｃ（柱面度数）、Ａ（乱視軸角度）の各値が演算され、測定結果がモニタ７に表示される。

次に、被検眼に対してアライメントずれがあった際に撮像されたリング像の形状について図７を用いて説明する。図７は、同一の模型眼に対して測定を行った際に撮像素子２２に撮像されたリング像を示す図であって、図７（ａ）は、測定光軸Ｌ１がアライメント基準位置と一致したときのリング像Ｒ１であり、図７（ｂ）は、模型眼に対して上方向に２ｍｍのアライメントずれがあったときのリング像Ｒ２である。さらに、図８は、リング像Ｒ１とリング像Ｒ２とを重ね合わせてみたときの図である。なお、本実施形態において、模型眼に対して上方向に２ｍｍアライメントずれがあったとは、測定光軸Ｌ１が基準位置に対して２ｍｍ上方にあったときのことを指す。

図７及び図８に示すように、測定時にアライメントずれがあった時のリング像は、アライメントが適正な状態において撮像されたリング像に対して歪んだ形状となっている。すなわち、図７（ｂ）の場合、リング像Ｒ１の形状と比較すると、リング像Ｒ２の形状は、その上部が歪んだ形状となっている。このようなリング像の歪みは、眼の正の球面収差によるものであって、特に大きな球面収差がある場合には、歪みが大きくなる。なお、リング像に歪みが生じる領域は、アライメントずれの方向に対応づけることができる。すなわち、被検眼に対して右下方向にアライメントずれがあったときには、リング像の右下部が歪んだ形状となる。また、ずれ量が大きいほど、歪みが生じる領域が大きく（広く）なる傾向にあり、アライメントが適正な状態のリング像との形状の違いは大きくなる。なお、図９は、測定時に模型眼（図８と同一の模型眼）に対して上方向に約３ｍｍのアライメントずれがあったときのリング像Ｒ３と、アライメント状態が適正なときに測定されたリング像Ｒ１とを重ねあわせたときの図である。図９において、リング像の上部の歪みが大きくなっていると共に、リング像の上部以外にも歪みが見られ、リング像全体が歪んだような形状となっている。

従来では、図７（ｂ）に示すような歪んだリング像に対して像位置を検出し、楕円近似の処理を経て眼屈折値を求めると、測定値に誤差が生じてしまっていた。図１０は、−４．４Ｄ球面模型眼に対するアライメントずれに伴う測定値の変化を示す図であり、片側２ｍｍずれでＳｐｈ値に約１．２Ｄ低めに、ＣＹＬ値は本来０Ｄであるはずのものが約−２．７Ｄとなっているのがわかる。

以下に、上記のような問題を解決するための一実施形態について説明する。本実施形態において、演算制御部７０は、撮像素子２２により屈折力測定用のリング像を撮像する際に、観察光学系５０の二次元撮像素子５２によって被検眼に対するアライメント状態を検出する。これにより、演算制御部７０は、リング像を取得する際の、被検眼に対するアライメントずれの方向とそのずれ量を得ることができる。

まず、被検眼に対するアライメントのずれ量とリング像の歪み具合（アライメントが適正な状態におけるリング像との形状の違い）の関係を、アライメントずれの各方向毎に、予め実験等により求める。この場合、眼屈折値ごとに求めてもよい。そして、各方向毎に、その実験結果からアライメントのずれ量に応じて、リング像における楕円近似に用いる領域を決定し、メモリ７５に記憶させておく。なお、本実施形態では、取得されたリング像と、アライメントが適正な状態で取得されたリング像との形状の違いがあるか否かをリング像の各経線方向ごとに調べていき、一定以上の形状の違いが見られた領域については楕円近似に用いないようにした。例えば、リング像取得の際に被検眼に対して上方向に１ｍｍアライメントずれがあった場合、取得されたリング像（図１１参照）のうち、図１１のＤで示される領域（主に歪みが生じている部分）の像位置データ（６０°≦θ≦１２０°の領域）を楕円近似に用いず、Ｂで示される領域（歪みが少ない部分）の像位置データ（０°≦θ＜６０°、１２０°＜θ＜３６０°）を楕円近似に用いるようにしておく。また、リング像取得の際に被検眼に対して上方向に２ｍｍアライメントずれがあった場合には、取得されたリング像（図８参照）のうち、図８のＤで示される領域（主に歪みが生じている部分）の像位置データ（４５°≦θ≦１３５°の領域）を楕円近似に用いず、Ｂで示される領域（歪みが少ない部分）の像位置データ（０°≦θ＜４５°、１３５°＜θ＜３６０°の領域）を楕円近似に用いるようにしておく。すなわち、被検眼に対するアライメントのずれ量が大きくなるに従って、眼屈折力の演算に用いないリング像の領域が広くなるように演算に用いる領域を決めておく。

このようにすれば、演算制御部７０は、測定実行時の被検眼に対するアライメントずれの方向及びずれ量を得ておき、そのアライメント情報と、予め記憶されたアライメントずれの方向及びずれ量と屈折力の演算に使用するリング像の領域との関係に基づいて、屈折力の演算に使用するリング像の領域を取捨選択することが可能となる。この場合、取得されたリング像の像位置の特定を行った後、被検眼に対するアライメント状態に基づいて、楕円近似に用いる領域について取捨選択を行い、楕円近似に用いないと判断された領域の像位置データについては、楕円近似に用いないようにする方法が考えられる。また、取得されたリング像のうち、楕円近似に用いないと判断された領域については、像位置の特定を行わないようにしてもよい。

以上のような構成とすれば、アライメントずれによるリング像の歪み部分を測定値の演算に用いないため、測定誤差の発生を軽減でき、アライメントずれが大きくても信頼性の高い測定値を求めることができる（測定値を安定化させることができる）。本実施形態においては、従来、アライメントのズレ量がアライメント基準位置から０．５ｍｍを超えてしまうと、測定値に誤差が生じていたが、アライメントのズレ量が０．５ｍｍを超えた場合（０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）でも、測定誤差を許容できる測定結果を得ることができるようになった。

これによれば、上下左右方向のアライメントずれの許容範囲を広げることができるので、アライメントをスムーズに行うことが可能となる。すなわち、被検眼に対するアライメント状態を検出し、検出結果に基づいて測定部４を移動させることにより自動的に測定を実行したり（いわゆるオートショット）、検者の手動操作にてアライメントを行うような場合において、アライメントずれの許容範囲が広がることによって、アライメントが容易になるとともに、アライメント時間を短くさせることが可能となる。

なお、図９のようなリング像の上部以外にも歪みが見られ、リング像全体が歪んだような形状となっているものについては、上記のような屈折力の演算に用いる領域の選択処理を行っても、アライメントずれによる測定誤差が許容範囲内になることが難しいと思われる。そこで、本実施形態において、演算制御部７０は、測定実行時におけるアライメントのずれ量が所定のずれ量（例えば、約２ｍｍ）を超えているような場合には、測定エラーとするか、もしくは、そもそも測定を行わない（例えば、測定開始信号のトリガが発信されない）ような構成としておく。このようにすれば、リング像取得の際のアライメント状態が、測定誤差の軽減が可能な状態の場合に眼屈折値が求められるため、より信頼性の高い測定結果を得ることが可能となる。

また、本実施形態においては、被検眼に対するアライメントのずれ量があると、屈折力の演算に使用する測定指標像の領域を選択するような構成としたが、これに限るものでない。例えば、測定実行時におけるアライメントのずれ量が所定の範囲内（例えば、約０〜０．５ｍｍ）にあるときは、上記のような選択処理をせずに、測定指標像の全領域を用いて屈折力を演算するような構成としても良い。これは、アライメントのずれ量が小さい場合、アライメントずれによって生じるリングの歪みが小さく、測定結果に及ぼす影響も小さいためである。

また、アライメントずれ量が所定の範囲内（例えば、０．５〜２．０ｍｍ）にあるときにおいて、上記のような選択処理を行うような構成としてもよい。

また、アライメントずれ量が２．０ｍｍ程度あると、被検眼の瞳孔の影響（測定光束がけられてリング像に欠けが生じる）によって許容範囲を超える測定誤差が生じる可能性がある。そのため、これらを考慮して上記のような選択処理を行うアライメントずれ量の範囲を決定するようにしてもよい（例えば、アライメントずれ量が０〜１．０ｍｍ）。

また、本実施形態においては、各方向毎に、被検眼に対するアライメントのずれ量とリング像の歪み具合（アライメントが適正な状態におけるリング像との形状の違い）のと関係を求めるようにしたが、一方向のみ（例えば、上方向）のずれ量とリング像の歪み具合の関係を求め、この結果を各方向に反映させるようにしてもよい。

また、眼屈折力を測定するための光学系は、本実施形態の光学系に限るものではない。例えば、眼底にリング状の測定指標光束を投影し，眼底から反射されたリング状の測定指標光束をリング像の測定指標像として２次元受光素子に受光させることにより眼屈折力を測定するものであってもよい。

実施形態に係る装置の外観構成図である。本装置の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について説明する概略図である。測定開始信号をトリガとして測定が実行されることによって、撮像素子２２にて撮像されたリング像である。リング像における所定経線方向の輝度信号の波形を示す図である。各経線方向毎にリング像の位置を特定したときの概念図である。同一の模型眼に対して測定を行った際に撮像素子２２に撮像されたリング像を示す図である。リング像Ｒ１とリング像Ｒ２とを重ね合わせてみたときの図である。、また、測定時に模型眼（図８と同一の模型眼）に対して上方向に約３ｍｍのアライメントずれがあったときのリング像Ｒ３と、アライメント状態が適正なときに測定されたリング像Ｒ１とを重ねあわせたときの図である。 −４．４Ｄ球面模型眼に対するアライメントずれに伴う測定値の変化を示す図である。眼屈折力の演算に用いるリング像の領域を決定する方法について説明する図である。

符号の説明

４測定部
１０測定光学系
４０ＸＹアライメント指標投影光学系
４５Ｚアライメント指標投影光学系
５２二次元撮像素子
７０制御部
７５メモリ
７７画像処理部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３リング像

Claims

被検眼眼底に測定指標光束を投影し、眼底からの反射された測定指標光束を２次元の受光素子に受光させる測定光学系を備え、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において、
測定実行時の被検眼に対する前記測定光学系のアライメントずれを検出するアライメント検出手段と、前記受光素子で受光される測定指標像に基づいて屈折力を演算する演算手段であって、前記アライメント検出手段で検出されるアライメントずれの方向及びずれ量に基づいて屈折力の演算に使用する測定指標像の領域を選択する演算手段と、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、前記測定光学系は、被検眼眼底にスポット状またはリング状の測定指標光束を投影する投影光学系と、眼底から反射された測定指標光束をリング像の測定指標像として２次元受光素子に受光させる受光光学系とを備え、前記演算手段はアライメントの方向及びずれ量に基づいて選択した領域のリング像から楕円近似を行って屈折力を演算することを特徴とする眼屈折力測定装置。
請求項１又は２の演算手段は、前記アライメント検出手段により検出されたアライメントのずれ量が所定の第１範囲内にあるときは受光された測定指標像の全領域を用いて屈折力を演算し、アライメントのずれ量が前記第１範囲より広く設定された所定の第２範囲内にあるときに、アライメントのずれ量が大きくなるに従って屈折力の演算に用いない領域が広くなるように演算に用いる領域を選択することを特徴とする眼屈折力測定装置。