JP4745550B2 - 角膜測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼の角膜に視標光束を投影し、その角膜反射像により角膜形状を測定する角膜測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の角膜測定装置は、被検眼の角膜にリング状スリット等の視標を投影してその反射像を撮像素子などで撮像し、得られたリング状スリット等の角膜反射像を解析することによって、角膜形状の情報を曲率半径等の測定値として得ている。
【0003】
また、装置光軸の周りに配置された複数の固視標を順次に呈示して被検眼に固視させた状態で、角膜周辺部にリング状スリット等の角膜測定視標を投影し、その視標像を検出することにより角膜の周辺部の曲率を測定する方法が、特許公報第2962845号で提案されている。
【0004】
更に、角膜測定装置において、被検眼の角膜位置の変動による測定誤差を軽減するために、角膜に位置合わせ用の視標光束を投影し、その角膜による反射視標像を観察して位置合わせを行っている。
【0005】
近年では、角膜に投影された位置合わせ用の角膜反射視標像を光電的に検出して、その角膜反射視標像と測定部の光軸とが一致するように、装置測定部が固定された3軸方向に駆動する駆動手段を制御して、測定部を被検眼に自動的に位置合わせする眼科装置が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例のような被検眼の角膜周辺部の形状を測定する角膜測定装置では、先ず被検眼と装置との位置合わせを行い、所定位置関係になったときに装置光軸方向から被検眼に固視標を呈示し、これを固視させて角膜中心形状を測定し、次に例えば装置光軸に対し斜め上方向から被検眼に固視標を呈示し固視させる。
【0007】
このとき、被検眼に装置光軸に対し水平面内の斜め方向から固視標を呈示して固視させた場合と、装置光軸に対し鉛直面内の斜め方向から固視標を呈示して固視させた場合とでは、装置に対する被検眼の移動量が異なることが、経験的に確認されている。
【0008】
従って、角膜上に投影されたリング状のスリット光などによる角膜形状測定用視標の角膜反射リング像は、装置の光軸に対して偏心してしまうために、操作者は再び被検眼と装置との位置合わせを行う必要が生ずる。
【0009】
そして、この位置合わせが終了すると、角膜の第1の周辺部の測定を行うが、このとき被検眼は装置光軸に対し斜め上方を向いているので、角膜形状測定用視標からの光束は角膜の下方の周辺部を照明することになる。このために、固視標の投影方向を斜め右、斜め下、斜め左の方向から呈示して固視させ、その度毎に位置合わせをし直し、角膜の左方、上方、右方の周辺部を順次に測定することになる。
【0010】
このように従来の装置は、操作が非常に煩雑なために操作者の技量と熟練を必要とし、位置合わせの再現性に欠けるので、安定した測定を行うことが困難である。
【0011】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、構成を複雑化することなく、精度良く被検眼と装置との位置合わせが可能で、かつ精度の高い周辺部の角膜形状を測定する角膜測定装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る角膜測定装置は、被検眼の角膜を測定する測定手段と、角膜の周辺部の角膜を測定するために前記測定手段の光軸の周りに配置された複数の固視標と、これらの複数の固視標の内の点灯した固視標の位置に応じて、前記測定手段を角膜中心部を測定する位置から移動させる制御手段とを有することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は本実施の形態の構成図を示し、被検眼Eに対向してダイクロイックミラー1を配置し、ダイクロイックミラー1の透過方向の光路O1上には、眼屈折力測定用対物レンズ2、ビームスプリッタ3、投影レンズ4、ピンホールを有する指標板5、近赤外光を発する眼屈折力測定用光源6を順次に配列する。また、ビームスプリッタ3の反射方向の光路O2上に、眼屈折力測定手段7を配置する。
【0014】
一方、ダイクロイックミラー1の反射方向の光路O3上には、角膜形状測定用対物レンズ8、ダイクロイックミラー9、図2に示すように光軸中心と光軸外の同心円上に緑色の光を発する複数のLED10a〜10iを配置した固視標10を配列し、固視標10は眼底と略共役な位置に配置する。また、ダイクロイックミラー9の反射方向の光路O4上には、結像レンズ11、光路O4に挿脱可能なピンホール状の角膜形状測定用絞り板12、CCDカメラなどの二次元撮像素子13を配列する。
【0015】
更に、被検眼Eとダイクロイックミラー1の間には、光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用光源14を配置し、その外側には1対の前眼部照明用光源15a、15bを光軸と対称に配置する。このリング状の角膜形状測定用光源14と前眼部照明用光源15a、15bは、眼屈折力測定用光源6の波長よりも100nm程短い波長の近赤外光を発する。
【0016】
そして、ダイクロイックミラー1から二次元撮像素子13までの部材、及び角膜形状測定用光源14と前眼部照明用光源15a、15bは、1個の筐体に保持して検査部16を形成する。この検査部16は図示しない架台上に載置し、架台には検査部16を水平方向に動かすX軸用モータ17、鉛直方向に動かすY軸用モータ18、装置光軸である光路O1方向に動かすZ軸用モータ19を取り付け、電動によりX、Y、Zの3軸方向に移動可能としている。
【0017】
ここで、ダイクロイックミラー1は眼屈折力測定用光源6が発する波長の光の大部分を透過して一部分を反射し、また可視光と前眼部照明用光源15a、15b及びリング状の角膜形状測定用光源14が発する波長の光を反射する特性を有している。また、ダイクロイックミラー9は可視光を透過し、近赤外光を反射する特性を有している。
【0018】
更に、装置の全ゆる制御を行うために演算処理部20を設け、撮像素子13の出力はA/D変換器21、画像メモリ22を介して演算処理部20に接続する。また、演算処理部20の出力は、D/A変換器23を介してテレビモニタ24に接続し、更に各モータ17、18、19の駆動制御を行う駆動制御部25、操作者が装置を操作するためのスイッチなどを配置した操作部26に接続する。
【0019】
この他に、図1では省略しているが、リング状の角膜形状測定用光源14と前眼部照明用光源15a、15b、眼屈折力測定用光源6、角膜形状測定用絞り板12を挿脱するためのモータなどを演算処理部20に接続している。
【0020】
以上の構成により、初めに位置合わせを行う。図示しない顎受け台に被検者の顔を固定し、操作者はテレビモニタ24に被検眼Eの像が写っていることを確認する。次に、操作者は操作部26に設けたモード選択スイッチを操作して周辺角膜形状測定モードを選択し、操作部26に設けた測定開始スイッチを押す。
【0021】
装置が測定動作を開始し、固視標10の光軸中心に配置したLED10aが点灯し、被検眼Eに呈示され固視させる。同時に、前眼部照明用光源15a、15bにより被検眼Eが照明される。前眼部照明用光源15a、15bによる前眼部付近からの反射散乱光はダイクロイックミラー1を反射し、角膜形状測定用対物レンズ8により略平行光とされ、ダイクロイックミラー9を反射し、結像レンズ11により測定用絞り12を介して、二次元撮像素子13上に結像する。
【0022】
そして、二次元撮像素子13の出力信号はA/D変換器21によってデジタル信号に変換され、演算処理部20、D/A変換器23を介して、テレビモニタ24上に前眼部像E’として映し出される。同時に、デジタル信号に変換された前眼部像E’のデータは画像メモリ22に記憶され、この記憶された前眼部像データから、演算処理部20は被検眼Eの瞳孔を抽出して瞳孔中心位置を検出する。
【0023】
この瞳孔中心位置の検出方法は、例えば被検眼Eの前眼部を十分に照明すると、前眼部像E’の明るさは瞳孔が最も暗く、虹彩、強膜の順で明るくなるために、適当な閾値で2値化処理することによって瞳孔の境界を求めることができ、これにより瞳孔中心位置を算出することができる。
【0024】
瞳孔中心位置が検出されると、演算処理部20は検査部16の光軸と瞳孔中心位置との光軸に垂直な面内でのずれ量を算出し、それらが一致するように駆動制御部25を介してX軸用モータ17とY軸用モータ18を制御する。1回目の瞳孔中心位置検出及びモータ駆動が終了すると、演算処理部20は再び瞳孔中心位置検出を行い、装置測定光軸とのずれ量が予め設定した許容内にあるかを判断する。
【0025】
許容内にない場合には、演算処理部20は検査部16の光軸と瞳孔中心位置との光軸が一致するように、再び駆動制御部25を介しX軸用モータ17及びY軸用モータ18を制御し、再度瞳孔中心位置と装置測定光軸とのずれ量が許容内にあるかを判断する。
【0026】
許容内にあると判断した場合には、演算処理部20は眼屈折力測定用光源6を点灯する。眼屈折力測定用光源6から射出した光束は、指標板5を照明し、そのピンホール部を透過し、投影レンズ4を介して一旦眼屈折力測定用対物レンズ2の後側焦点面近傍で指標板5のピンホールの像を形成した後に、対物レンズ2により略平行光とされ、その大部分がダイクロイックミラー1を透過して被検眼Eに達する。
【0027】
被検眼Eに達した光束は角膜Ecにより反射され、角膜曲率中心と角膜頂点の中点位置に反射光束の角膜反射視標像Pを形成し、その光束の一部がダイクロイックミラー1で反射され、角膜形状測定用対物レンズ8により略平行光とされ、ダイクロイックミラー9により光路O4に偏向され、結像レンズ11により二次元撮像素子13上に達して前眼部像と共に撮像され、A/D変換器21によりデジタル化されて画像メモリ22に記憶される。
【0028】
次に、演算処理部20は画像メモリ22に記憶された画像情報から、角膜視標像Pの重心位置及びピント状態を検出する。角膜視標像Pは前眼部像の中で最も明るいので、この角膜視標像Pの重心位置は、適当な閾値で2値化処理することによって求めることができ、同時に角膜視標像Pの走査線方向の微分波形などにより、角膜視標像Pのピント状態の検出も行う。なお、角膜視標像Pの検出が困難な場合には、前眼部照明用光源15a、15bを消灯すれば、容易に角膜視標像Pの検出を行うことができる。
【0029】
演算処理部20は角膜視標像Pの重心位置が検出されると、検査部16の光軸と角膜視標像Pの重心位置との光軸に垂直な面内でのずれ量を算出し、それらが一致するようにX軸用モータ17とY軸用モータ18を駆動制御部25を介して制御する。そして、角膜視標像Pのピント状態が許容内にない場合は、Z軸用モータ19を駆動制御部25を介して所定量駆動する。
【0030】
1回目の角膜視標像Pの重心位置及びピント状態の検出及びモータ駆動が終わると、演算処理部20は再び角膜視標像Pの重心位置及びピント状態の検出を行い、X方向とY方向の装置測定光軸とのずれ量が予め設定してある許容内にあるかを判断し、ピント状態の変化を比較する。
【0031】
ピント状態の変化を比較して、ピント状態が良くなっている場合には、再び前回と同じ方向にZ軸用モータ19を所定量駆動し、ピント状態が悪くなっている場合には、前回とは逆方向にZ軸用モータ19を所定量駆動して、再びピント状態の変化を比較する。演算処理部20は検出したピント状態が許容内に入るまでこの動作を繰り返す。
【0032】
このようにして、被検眼Eと検査部16との位置合わせが終了すると、演算処理部20は既知の方法で被検眼Eの屈折力を測定し、固視標10を被検眼Eの眼底と共役な位置に光路O3に沿って移動する。ここで、演算処理部20は再び角膜視標像Pの重心位置及びピント状態の検出を行って、被検眼Eと検査部16との位置合わせを行う。
【0033】
被検眼Eと検査部16との位置合わせが終了すると、演算処理部20は角膜中心部の角膜形状測定を開始する。先ず、演算処理部20は光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用光源14を点灯すると同時に、光路O4にピンホール状の角膜形状測定用絞り板12を挿入する。
【0034】
角膜形状測定用光源14から発した光束は、角膜Ecにより反射されてリング状の角膜測定リング像を形成し、ダイクロイックミラー1で反射され角膜形状測定用対物レンズ8により略平行光とされ、更にダイクロイックミラー9で反射され、結像レンズ11により角膜形状測定用絞り板12を介して二次元撮像素子13上に結像し、テレビモニタ24に映出される。このとき、ピンホール状の角膜形状測定用絞り板12によって被検眼Eと装置との距離が変動しても、角膜Ecに投影された角膜形状測定用光源14による二次元撮像素子13上の角膜反射像の大きさが変動しないように、角膜形状測定用光源14からの光束は制限されている。
【0035】
図3はこのときに、D/A変換器23を介してテレビモニタ24上に映し出された前眼部像E’である。Rは角膜形状測定用光源14の角膜反射像である角膜測定リング像、Pは眼屈折力測定用光源6の角膜反射像である角膜視標像、Aは画面に合成された位置合わせ視標である。
【0036】
二次元撮像素子13の出力信号は、A/D変換器21によってデジタル信号に変換され、画像メモリ22に記憶される。演算処理部20は記憶されたデータからリング状の角膜測定リング像Rを楕円に近似して、角膜中心部の角膜形状をトーリック面として求める。
【0037】
図4及び図5は、周辺部の角膜形状測定を行う際に,被検眼Eに固視標10のLED10b及びLED10eを呈示して、固視させた場合の様子を示している。図4は被検眼がLED10bを固視した、つまり右斜め方向を固視している場合、図5はLED10eを固視した、つまり上斜め方向を固視している場合である。
【0038】
装置光軸に対して同じ所定角度で右斜め方向を固視した場合と、上斜め方向を固視した場合とでは、被検眼Eの検査部16に対する移動量が異なり、右斜め方向を固視した場合の方がより大きく移動することが経験的に確認されている。また、右斜め方向を固視した場合と、左斜め方向を固視した場合の被検眼Eの検査部16に対する移動量はほぼ等しく、上斜め方向を固視した場合と下斜め方向を固視した場合の被検眼Eの検査部16に対する移動量は、ほぼ等しいことも確認されている。
【0039】
図6は装置光軸に対して或る角度から投影された固視標を、被検眼Eが固視している様子を簡略的に示している。Iは被検眼Eの固視方向、Pは位置合わせのための角膜視標像Pである。角膜視標像Pは光路O1と平行照明光の角膜Ecによる反射像なので、角膜曲率中心から光路O1と平行方向へ角膜曲率半径の1/2の距離の位置にある。このように、被検眼Eが装置光軸に対して或る角度方向を固視した場合には、被検眼Eの装置に対する位置は移動し、位置合わせのための角膜視標像Pも装置光軸からΔだけ偏心した位置に現れる。
【0040】
角膜中心部の角膜形状測定が終了すると、第1の角膜周辺の形状測定を開始する。演算処理部20は測定した角膜中心部の角膜形状の乱視軸方向を求め、その弱主経線方向に最も近い方向と、それと直交する方向の4つの固視標を、LED10b〜LED10iの中から選択する。ここでは、被検眼Eの角膜乱視の弱主経線方向が0度方向、つまりLED10b、LED10dの方向であるとしている。
【0041】
演算処理部20は4つの固視標LED10b、LED10c、LED10d、LED10eを選択し、初めに第1の固視標であるLED10bを点灯して被検眼Eに呈示する。被検眼EがLED10bを固視すると、図4に示すような観察像がテレビモニタ24に写し出される。次に、演算処理部20は駆動制御部25を介してX軸用モータ17を制御し、検査部16を被検眼Eに向かって左方に予め設定されている距離だけ移動する。テレビモニタ24上では、図7に示すように角膜測定リング像Rと角膜視標像Pはほぼその中心に位置する。
【0042】
次に、操作者は操作部26に設けた測定開始スイッチを押す。演算処理部20は一旦角膜形状測定用光源14を消灯し、二次元撮像素子13からの出力をA/D変換器21によりデジタル化して画像メモリ22に記憶し、この画像情報から角膜視標像Pの重心位置及びピント状態を検出する。このとき、被検眼Eの移動方向に予め検査部16を移動させているので、角膜視標像Pが画像の中心付近に存在することになり、容易に角膜視標像Pの重心位置及びピント状態を検出することができる。
【0043】
演算処理部20は上述の位置合わせと同様な制御を行い、被検眼Eと検査部16との位置合わせを完了させる。位置合わせが完了すると、中心部の角膜形状測定と同様に、光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用光源14を点灯し、同時に光路O4にピンホール状の角膜形状測定用絞り板12を挿入し、二次元撮像素子13に結像した角膜測定リング像Rを画像メモリ22に記憶する。記憶されたデータからリング状の角膜測定リング像Rを楕円に近似し、第1の周辺部の径線方向の角膜形状を求める。
【0044】
第1の周辺部の角膜形状測定が終了すると、第2の角膜周辺の形状測定を開始する。演算処理部20は第2の固視標であるLED10eを点灯し、被検眼Eに呈示し固視させる。同時に、駆動制御部25を介してX軸用モータ17及びY軸用モータ18を制御し、検査部16を中心部の角膜形状測定を行った位置から上方に、予め設定されている距離だけ移動する。これにより、第1の周辺部の角膜形状測定時と同様に、角膜測定リング像Rと角膜視標像Pは、ほぼテレビモニタ24の中心に位置するようになる。
【0045】
装置光軸に対して同じ所定角度で、右斜め方向を固視した場合よりも上斜め方向を固視した場合の方が、被検眼Eの検査部16に対する移動量が小さいので、第2の周辺部の角膜形状測定時の検査部16の移動量は、第1の周辺部の角膜形状測定時の検査部16の移動量よりも小さく設定されている。
【0046】
次に、操作者は操作部26の測定開始スイッチを押す。演算処理部20は第1の周辺部の角膜形状測定時と同様の制御を行い、第2の周辺部の径線方向の角膜形状を求める。以後、同様に第3の固視標であるLED10d、及び第4の固視標であるLED10cを被検眼Eに固視させて、第3、第4の周辺部の角膜形状を測定する。
【0047】
本実施の形態では、角膜周辺部の角膜形状測定の際に、第1の固視標を呈示した後に測定動作を待機するようにしたが、所定時間待機した後で自動的に位置合わせを行って第1の周辺部の角膜形状測定を完了し、第2の固視標を呈示して所定時間待機した後に、自動的に位置合わせを行って、第2の周辺部の角膜形状測定を完了し、以降同様に第3、第4の周辺部の角膜形状測定を連続的に自動で行うようにしてもよい。
【0048】
また、被検眼Eの中心部の角膜乱視の弱主経線の方向が45度又は135度に近い場合には、固視標10の複数のLED10a〜10iの内、LED10f、LED10g、LED10h、LED10iを選択する。この場合には、被検眼Eに固視標10を呈示した後に、駆動制御部25を介してX軸用モータ17、Y軸用モータ18を制御して検査部16を移動させる距離は、全て同じ所定の移動量である。
【0049】
更に本実施の形態では、角膜形状測定用対物レンズ8を介して固視標10を被検眼Eに呈示する構成としたが、角膜形状測定用光源14の内側に光軸対称に同心円状に複数個配置してもよい。この場合には、被検眼Eに固視標10を固視させた後に検査部16を移動すると、固視標10の方向も変ってしまうが、予め設定される検査部16の移動量を、そのために移動する固視標10の移動量を考慮して設定するようにしてもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る角膜測定装置は、角膜の周辺部を測定するために、光軸周りに対称に配置された複数の固視標を設け、被検眼に呈示した固視標毎に検査部を予め設定されている方向へ所定距離移動することによって、被検眼と装置との位置合わせを容易に行うことができるので、短時間で角膜周辺部の形状測定を実施することができる。
【0051】
更に簡単な構成で、装置が自動的に固視の誘導、位置合わせ及び測定を行うことができるので、操作者の技量や熟練度に関係なく、安定した高い精度の測定を常に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態の構成図である。
【図2】 固視標の正面図である。
【図3】 前眼部像の説明図である。
【図4】 前眼部像の説明図である。
【図5】 前眼部像の説明図である。
【図6】 角膜位置の移動の説明図である。
【図7】 前眼部像の説明図である。
【符号の説明】
2、8 対物レンズ
5 指標板
6 眼屈折力測定用光源
7 眼屈折力測定手段
10 固視標
10a〜10i LED
12 角膜形状測定用絞り板
13 二次元撮像素子
14 角膜形状測定用光源
15a、15b 前眼部照明用光源
16 検査部
17〜19 モータ
20 演算処理部
22 画像メモリ
24 テレビモニタ
25 駆動制御部
26 操作部
Claims (5)
- 被検眼の角膜を測定する測定手段と、
前記測定手段の光軸の周りに配置された複数の固視標と、
前記複数の固視標の内の点灯した固視標の位置に応じて、前記測定手段を角膜中心部を測定する位置から移動させる制御手段と、
を有することを特徴とする角膜測定装置。 - 被検眼の角膜を測定する測定手段と、
点灯した固視標の位置に応じて前記測定手段を角膜中心部を測定する位置から移動させる制御手段と、
を有することを特徴とする角膜測定装置。 - 前記制御手段は、前記被検眼に上方又は下方を固視させるための前記固視標を点灯させる場合よりも、左方又は右方を固視させるための前記固視標を点灯させる場合の方が、前記測定手段の移動量が大きくなるように制御する請求項1あるいは2に記載の角膜測定装置。
- 前記測定手段は、前記移動させた後、前記被検眼の角膜周辺部の形状を測定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の角膜測定装置。
- 光路に挿脱可能な角膜形状測定用絞り手段を有し、
前記制御手段は、前記被検眼と前記測定手段との位置合わせが完了した場合に、前記角膜形状測定用絞り手段を前記光路に挿入することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の角膜測定装置。
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