JP4653906B2 - 検眼装置用模型眼 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼の眼屈折力等の眼光学特性を測定する為の検眼装置に使用する為の模型眼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被検眼の眼屈折力等の眼光学特性を測定する為の検眼装置に於いては、被検眼眼底に測定光束を投影し、この測定光束の反射光束を検出して被検眼の眼光学特性を測定することが行われている。この種の検眼装置に於いては、製造の際、所望の測定精度を出す為、既知の光学特性を有する模型眼を使用し、この模型眼で得た測定値が適正になるように校正を行う必要がある。又、製造後の精度維持の為にも、模型眼により精度チェックを行う必要がある。その為、人眼での測定値との正確な相関をとる為にはできるだけ人眼の特性に近い模型眼が要求されている。
【０００３】
従来知られている模型眼は、レンズ及び人眼の眼底に相当する擬似眼底部としてすりガラス等の一般的な散乱部材により構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、前記模型眼で用いられているすりガラス等の一般的な散乱部材で構成された擬似眼底部は、現実の人眼とは異なる光学特性を示しており、この影響により人眼での測定値との正確な相関がとれないという問題点が明らかになりつつある。
【０００５】
特に、被検眼眼底からの反射光束の内、略全反射された光束のみから形成される像を光電検出器上に導く受光光学系とからなり、前記光電検出器からの信号により像の光量強度分布特性を検出し、その光量強度分布特性から被検眼の眼光学特性を測定する検眼装置に於いては、従来の様な擬似眼底部を散乱反射面で形成した模型眼が全く使用できないという問題点が発生していた。
【０００６】
本願はこの問題点を解決し、人眼の光学特性により近づき各種の検眼装置に使用できる模型眼を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、人眼の屈折力に相当する屈折力を有するレンズ部材と、前記レンズ部材から所定距離離間された位置に配置され人眼の眼底に対応する擬似眼底部材とを有する検眼装置用模型眼に於いて、前記擬似眼底部材は前記レンズ部材からの光束を内面で全反射をする為のファイバーを多数配置し、裏面側に鏡面反射部を設けた部材で構成した検眼装置用模型眼に係り、又前記鏡面反射部は入射した光束を透過せずに反射させる検眼装置用模型眼に係り、又前記鏡面反射部は入射する光束の一部を透過する半透過反射面であり、その後方に該半透過反射面を透過した光束を散乱反射させる為の散乱部材を設けた検眼装置用模型眼に係り、又被検眼眼底の測定用光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底からの反射光束の内、略鏡面反射された光束のみから形成される像を光電検出器上に導く受光光学系とからなり、前記光電検出器からの信号により像の光量強度分布特性を検出し、その光量強度分布特性から被検眼の光学特性を測定する検眼装置に使用する検眼装置用模型眼であって、人眼の屈折力に相当する屈折力を有するレンズ部材と、前記レンズ部材から所定距離離間された位置に配置され人眼の眼底に対応する擬似眼底部材とを有し、該擬似眼底部材は前記レンズ部材からの光束を内面で全反射をする為のファイバーを多数配置し、裏面側に鏡面反射部を設けたファイバープレート部材で構成した検眼装置用模型眼に係り、又前記鏡面反射部は入射した光束を透過せずに全光束を反射させる検眼装置用模型眼に係るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
先ず、人眼の眼底組織について略述する。
【００１０】
図１は人眼の眼底組織の模式図を示しており、１は視細胞層、２は網膜色素上皮層、３は上脈絡膜、４は強膜を示している。
【００１１】
前記視細胞層１は前記網膜色素上皮層２に対して垂直な繊維状の視細胞の集合である。前記視細胞層１（視細胞）を透過した光束は、前記網膜色素上皮層２により鏡面反射される一方、一部の光束は前記網膜色素上皮層２を透過し、その後方の前記上脈絡膜３、強膜４で散乱反射される。但し、この散乱反射光は人が認識する像としては殆ど影響を与えない。
【００１２】
ここで、前記視細胞層１に入射した光束が視細胞を透過する際、視細胞内で略全反射を繰返して透過することが実験上確かめられている。
【００１３】
本発明に於ける模型眼はこの人眼の反射特性に着目してなされたものである。
【００１４】
図２に於いて、本発明の第１の実施の形態に係る検眼装置用模型眼について説明する。
【００１５】
鏡筒５の一端に結像レンズ６が設けられ、前記鏡筒５の他端には模型眼底７が設けられる。前記結像レンズ６は被検眼の眼屈折力に対応したレンズが選択され、正常眼に対応する結像レンズ６を選択した場合、該結像レンズ６より入射した光束は前記模型眼底７で結像する様になっている。前記鏡筒５内部の空間部分は空気であってもよく、或は水等の透明液体が充填されてもよい。
【００１６】
図３、図４により前記模型眼底７を説明する。
【００１７】
所定長さに切揃えたオプティカルファイバ１１を前記結像レンズ６の光軸と平行となる向きに群設し、前記オプティカルファイバ１１の隙間は不透明の樹脂等の充填剤１２を充填し、ファイバプレート１３を形成する。尚、前記充填剤１２は透明でもよく、又該充填剤１２は省略してもよい。
【００１８】
該ファイバプレート１３の反結像レンズ６側（裏面側）に鏡面反射層１４が設けられている。該鏡面反射層１４は入射する光束を鏡面反射し、一部の光束を透過する様になっている。該鏡面反射層１４は第１拡散板１５に貼設され、又該第１拡散板１５は第２拡散板１６に貼設されている。前記第１拡散板１５と前記第２拡散板１６とは拡散の度合いが異なっている。
【００１９】
前記結像レンズ６より入射した光束は該結像レンズ６で前記模型眼底７に集光される。前記オプティカルファイバ１１に入射した光束は該オプティカルファイバ１１の内面で全反射を繰返しながら、前記鏡面反射層１４に到達し、該鏡面反射層１４で一部が鏡面反射され、その他の光束が透過し、前記第１拡散板１５、第２拡散板１６で散乱反射される。
【００２０】
前記オプティカルファイバ１１は視細胞に相当し、前記ファイバプレート１３は前述した視細胞層１に相当した作用をし、前記鏡面反射層１４は前述した網膜色素上皮層２、又前記第１拡散板１５は前記上脈絡膜３、前記第２拡散板１６は前記強膜４にそれぞれ相当する作用をする。而して、上記実施の形態に係る検眼装置用模型眼は人眼に近い特性を有している。
【００２１】
又、上記実施の形態に於いて、前記オプティカルファイバ１１のＮ．Ａ．は０．２、コア径は２〜４μが理想的であるが、Ｎ．Ａ．は０．３５、コア径は２０μ前後でもよい。又、前記オプティカルファイバ１１の長さは４０μ、前記結像レンズ６の焦点距離は１８mm前後が好ましい。
【００２２】
図５は第２の実施の形態を示している。
【００２３】
図５中、図２中で示したものと同一のものには同符号を付している。
【００２４】
鏡筒５の一端に結像レンズ６が設けられ、前記鏡筒５の他端には模型眼底７が設けられる。前記結像レンズ６と前記模型眼底７との間に支持部材１８を介して人工水晶体１９が設けられ、前記鏡筒５内には充填剤２０として水が満たされている。前記模型眼底７の構成については、図２で示したものと同様であるので説明を省略する。
【００２５】
前記結像レンズ６より入射した光束は、前記人工水晶体１９を透過して前記模型眼底７に集光され、該模型眼底７で反射される。
【００２６】
該他の実施の形態に係る検眼装置用模型眼は被検眼の水晶体が濁っている場合等に人工水晶体１９の透明度を調整する等して使用される。
【００２７】
図６は第３の実施の形態の模型眼底を示している。
【００２８】
該第３の実施の形態では、オプティカルファイバ１１を鏡面反射層１４に向かって先細りするテーパ状としたものである。
【００２９】
人眼の黄班部中心窩に多数分布する錐体視細胞は網膜色素上皮層２に向かって先細りするテーパ形状をしており、オプティカルファイバ１１を鏡面反射層１４に向かって先細りするテーパ状とすることで、検眼装置用模型眼は更に人眼に近い特性を有することとなる。
【００３０】
次に、上記検眼装置用模型眼を用いられる眼科装置について説明する。
【００３１】
図中、２１は被検眼、２２は投影光学系、２３は受光光学系を示す。
【００３２】
前記投影光学系２２は光源２５、該光源２５から発せられた投影光束を集光する投影レンズ２６、該投影レンズ２６の光軸上に配設されたハーフミラー２７、該ハーフミラー２７を透過した投影光束を前記被検眼２１に向け第１の偏光方向の直線偏光成分（Ｐ直線偏光）を反射して投影すると共にＰ直線偏光とは偏光方向が９０°異なるＳ直線偏光を透過する偏光ビームスプリッタ２８、該偏光ビームスプリッタ２８の投影光軸に前記偏光ビームスプリッタ２８側から配設されたリレーレンズ２９、対物レンズ３１、該対物レンズ３１と前記被検眼２１との間に配設され球面レンズで構成される矯正光学系３２、１／４波長板３３を有する。更に、前記ハーフミラー２７に対向して固視標３５、集光レンズ３６を有する固視標系３７が配設されている。前記光源２５、固視標３５は前記被検眼２１の眼底と共役な位置にあり、後述する様に、前記光源２５、固視標３５は眼底に結像する。尚、前記光源２５と投影レンズ２６は一体で、後述の合焦レンズ３９と連動して光軸方向に沿って移動可能となっている。
【００３３】
前記受光光学系２３は、前記偏光ビームスプリッタ２８、該偏光ビームスプリッタ２８の投影光軸に配設された前記リレーレンズ２９、対物レンズ３１、矯正光学系３２、１／４波長板３３を前記投影光学系２２と共用している。
【００３４】
前記偏光ビームスプリッタ２８を透過する反射光軸上には反射光軸に沿って移動可能な合焦レンズ３９、結像レンズ４０が配設され、該結像レンズ４０は前記被検眼２１の眼底と共役な位置にある光電検出器４１上に反射光束を結像させる。
【００３５】
該光電検出器４１からの受光信号は信号処理部４６を介して記憶部４７に記憶される。前記信号処理部４６から前記記憶部４７へのデータの書込みは制御部４８によって制御され、該制御部４８は前記記憶部４７に記憶されたデータを基に所要の演算をし、又演算結果を表示部４９に表示する。
【００３６】
以下、上記光学系の作用について説明する。
【００３７】
前記合焦レンズ３９を基準位置とし、前記被検眼２１に前記固視標３５を注視させ、前記矯正光学系３２により前記被検眼２１の視力を矯正する。
【００３８】
眼屈折力の矯正後、前記被検眼２１に前記固視標３５を注視させた状態で、前記投影光学系２２により投影光束が被検眼眼底に投影される。尚、前記固視標３５に関しては、可視光が用いられ、前記投影光束については赤外光が用いられる。
【００３９】
前記光源２５からの投影光束（赤外光）が前記投影レンズ２６、ハーフミラー２７を透過して前記偏光ビームスプリッタ２８に至り、該偏光ビームスプリッタ２８でＰ直線偏光分が反射され、前記リレーレンズ２９を経て前記対物レンズ３１、矯正光学系３２により前記１／４波長板３３を経て前記被検眼２１の眼底に投影され、該眼底上に第１指標像が結像される。
【００４０】
Ｐ直線偏光が該１／４波長板３３を透過することで、右円偏光となる。前記被検眼２１の眼底で投影光束が全反射され、全反射光束は眼底で反射されることで左円偏光となる。更に、全反射光束が前記１／４波長板３３を透過することで、前記Ｐ直線偏光とは偏光方向が９０°異なるＳ直線偏光となる。
【００４１】
Ｓ直線偏光は前記矯正光学系３２、対物レンズ３１、リレーレンズ２９により前記偏光ビームスプリッタ２８に導かれる。該偏光ビームスプリッタ２８はＰ直線偏光を反射し、Ｓ直線偏光を透過するので、前記全反射光束は該偏光ビームスプリッタ２８を透過し、前記合焦レンズ３９、結像レンズ４０により前記光電検出器４１上に第２指標像として結像される。
【００４２】
ところで、前記被検眼２１の眼底に投影された投影光束は眼底表面で全て鏡面反射されるわけではなく、一部は眼底表面から表層内部に侵入し、散乱反射される現象、所謂にじみ反射が発生する。この散乱反射光束が、鏡面反射光束と共に前記光電検出器４１に受光されると、第２指標像の光量強度分布のノイズとなり、正確な眼球光学系の眼光学特性が測定できない。
【００４３】
斯かる散乱反射による光束の偏光状態はランダム状態である。この為、前記１／４波長板３３を透過し、直線偏光となった場合にＳ直線偏光と合致するものは限られた部分に限定され、前記偏光ビームスプリッタ２８により散乱反射光束でＳ直線偏光と合致するもの以外は反射される。従って、被検眼２１の眼底で鏡面反射されたＳ直線偏光分に対して散乱反射光束によるＳ直線偏光分の比率は無視できる程度に小さくなる。
【００４４】
従って、前記光電検出器４１が受光するのは実質上散乱反射光束分が除去された鏡面反射光束となる。而して、前記１／４波長板３３を投影光学系２２、受光光学系２３の構成要素とすることで、正確な眼球光学系の眼光学特性測定を可能とする。
【００４５】
以下の手順により、眼底光学特性を測定することができる。
【００４６】
ここで図８（Ａ）は眼底上に光束がピントの合った状態であり、図８（Ｂ）は眼底上にピントが合っていない状態を示すが、前述した眼底の細部構造の影響により、いずれの状態でも被検眼２１の眼球光学系の振幅透過率をＰ（ｘ，ｙ）、前記網膜色素上皮層２での反射特性を含む視細胞の振幅透過率をＲ（ｘ，ｙ）、二次元検出器上の光量分布をＩ（ｘ，ｙ）とすると下記式が成立する。
Ｐ（ｘ，ｙ）※Ｒ（ｘ，ｙ）※Ｐ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ） （１）
ここで、※はコンボルーション積分を意味する。
【００４７】
次に、（１）式をフーリエ変換する。
ここで、眼球光学系の光伝達関数をｐ（ｕ，ｖ）、視細胞の光伝達関数をｒ（ｕ，ｖ）、二次元検出器上の光伝達関数をｉ（ｕ，ｖ）とすると下記式が成立する。
ＦＴ［Ｐ（ｘ，ｙ）］＝ｐ（ｕ，ｖ）
ＦＴ［Ｒ（ｘ，ｙ）］＝ｒ（ｕ，ｖ）
ＦＴ［Ｉ（ｘ，ｙ）］＝ｉ（ｕ，ｖ）
従って、（１）式をフーリエ変換すると、
ｐ（ｕ，ｖ）×ｒ（ｕ，ｖ）×ｐ（ｕ，ｖ）＝ｉ（ｕ，ｖ） （２）
となる。
ここで、ｒ（ｕ，ｖ）は、実験的に略１に近いため、略下記式が成立する。
［ｐ（ｕ，ｖ）］² ＝ｉ（ｕ，ｖ） （３）
従って、
ｐ（ｕ，ｖ）＝√［ｉ（ｕ，ｖ）］ （４）
となる。
ここで、ＦＴ［Ｉ（ｘ，ｙ）］＝ｉ（ｕ，ｖ） （５）
であるから、測定される二次元検出器上の光量強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換し、（５）式でｉ（ｕ，ｖ）を求め、（４）式に代入して眼球光学系の光伝達関数ｐ（ｕ，ｖ）を算出する。
【００４８】
次に、この算出されたｐ（ｕ，ｖ）を逆フーリエ変換して、眼球光学系の振幅透過率Ｐ（ｘ，ｙ）を算出する。
ＩＦＴ［ｐ（ｕ，ｖ）］＝Ｐ（ｘ，ｙ） （６）
【００４９】
この算出された眼球光学系の振幅透過率Ｐ（ｘ，ｙ）と実際に使用する指標の光量強度分布関数Ｏ（ｘ，ｙ）とをコンボルーション積分をすることにより、被検眼の眼底に投影されるイメージのシミュレーション画像Ｓ（ｘ，ｙ）を下記式により演算することができる。
＝Ｐ（ｘ，ｙ）＊Ｏ（ｘ，ｙ） （７）
【００５０】
従って、シミュレーション画像Ｓ（ｘ，ｙ）を表示装置に表示することで、任意の屈折力矯正状態、任意の合焦状態での被検者が実際に認識している像をリアルタイムで表示することができる。
【００５１】
上記した眼科装置に於いて、精度チェックを行う場合は前記被検眼２１の位置に本発明に係る検眼装置用模型眼、例えば図２で示す模型眼を設置する。該模型眼で、前記結像レンズ６に既知の特性を有するものを使用することで、眼科装置の精度チェックが行える。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、人眼の光学特性に極めて近似した模型眼を得ることができ、眼底からの反射光を利用する各種検眼装置の測定値の校正、適正な精度維持に極めて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】人眼の眼底の模式図である。
【図２】本発明の第１実施の形態を示す説明図である。
【図３】該第１の実施の形態に於ける模型眼底の説明図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は前記模型眼底の構成要素の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図７】本発明に係る検眼装置用模型眼が使用される眼科装置の構成図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は該眼科装置に於ける被検眼眼底での反射状態を示す説明図である。
【符号の説明】
５ 鏡筒
６ 結像レンズ
７ 模型眼底
１１ オプティカルファイバ
１２ 充填剤
１３ ファイバプレート
１４ 鏡面反射層
１５ 第１拡散板
１６ 第２拡散板

Claims (5)

1. 人眼の屈折力に相当する屈折力を有するレンズ部材と、前記レンズ部材から所定距離離間された位置に配置され人眼の眼底に対応する擬似眼底部材とを有する検眼装置用模型眼に於いて、前記擬似眼底部材は前記レンズ部材からの光束を内面で全反射をする為のファイバーを多数配置し、裏面側に鏡面反射部を設けた部材で構成したことを特徴とする検眼装置用模型眼。
2. 前記鏡面反射部は入射した光束を透過せずに反射させる請求項１の検眼装置用模型眼。
3. 前記鏡面反射部は入射する光束の一部を透過する半透過反射面であり、その後方に該半透過反射面を透過した光束を散乱反射させる為の散乱部材を設けた請求項１の検眼装置用模型眼。
4. 被検眼眼底の測定用光束を投影する投影光学系と、被検眼眼底からの反射光束の内、略鏡面反射された光束のみから形成される像を光電検出器上に導く受光光学系とからなり、前記光電検出器からの信号により像の光量強度分布特性を検出し、その光量強度分布特性から被検眼の光学特性を測定する検眼装置に使用する検眼装置用模型眼であって、人眼の屈折力に相当する屈折力を有するレンズ部材と、前記レンズ部材から所定距離離間された位置に配置され人眼の眼底に対応する擬似眼底部材とを有し、該擬似眼底部材は前記レンズ部材からの光束を内面で全反射をする為のファイバーを多数配置し、裏面側に鏡面反射部を設けたファイバープレート部材で構成したことを特徴とする検眼装置用模型眼。
5. 前記鏡面反射部は入射した光束を透過せずに全光束を反射させる請求項４の検眼装置用模型眼。

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