JP4988305B2

JP4988305B2 - 眼科測定装置

Info

Publication number: JP4988305B2
Application number: JP2006296566A
Authority: JP
Inventors: 昌明羽根渕
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008110175A; US20080100802A1

Description

本発明は、被検眼の眼内の波面収差を測定する眼科測定装置に関する。

被検眼の眼底にスポット状の光束を投光し、眼底からの反射光束の波面情報を波面センサによって検出することにより、被検眼の波面収差（特に、高次の収差成分）を測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２１６０９２号公報

ところで、上記従来装置において、測定感度を向上すべく、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセンス・ダイオード）やＬＤ（レーザ・ダイオード）などの干渉性の高い光源を用いた場合、干渉性が高いがゆえにスペックルノイズと呼ばれるノイズが波面センサによって検出されてしまい、良好な測定画像を得ることができない。したがって、被検眼の波面収差を精度良く測定することが困難であった。

本発明は、上記問題点を鑑み、被検眼の波面収差を精度良く測定する眼科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）被検眼眼底にスポット状の測定光を照射する測定光照射光学系と、被検眼眼底に照射した前記測定光の反射光束を複数の光束に分割して複数の指標像からなるパターン像として二次元撮像素子に受光させる受光光学系と、
前記測定光照射光学系の光路であって前記受光光学系の光路とならない位置に配置され，被検眼眼底に投光される投光光束を偏向させる光束偏向手段と、
前記受光光学系からの出力に基づいて被検眼の眼内の波面収差を測定する測定手段と、を備え、
前記測定手段は、
前記光束偏向手段を駆動させて眼底上に照射される測定光の位置を時系列的に変更させるとともに，前記受光光学系によって受光される前記位置変更毎のパターン像を各々取得するパターン像取得手段と、
前記パターン像取得手段に取得された各パターン像を処理して、前記光束偏向手段による偏向に基づく前記各パターン像の位置変化を，対応する偏向情報に基づいて補正処理する補正処理手段と、を有し、補正された各パターン像同士を加算処理して被検眼の眼内の波面収差を測定することを特徴とする。
（２）（１）の眼科測定装置において、前記補正手段は前記光束偏向手段による前記偏向情報に基づいて得られる前記パターン像のズレ方向及びズレ量から前記測定光を偏向させないとしたときの前記パターン像の受光情報が得られるように補正することを特徴とする。
（３）（２）の眼科測定装置において、前記光束偏向手段は、音響光学的光偏向素子であることを特徴とする。

本発明によれば、スペックルノイズを抑制して被検眼の波面収差を精度良く測定することができる。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る眼科測定装置の光学系及び制御系の構成について説明するための概略構成図である。被検眼Ｅの前方のダイクロイックミラー１５の透過光路Ｏ１上には、被検眼の波面収差を測定するための波面収差測定光学系１０が配置されている。測定光学系１０は、測定光源からスポット状の測定光を被検眼眼底に照射する測定光照射光学系１０ａと、被検眼眼底に照射した測定光の反射光束を複数の光束に分割して複数の指標像からなるパターン像として二次元撮像素子に受光させる受光光学系１０ｂとを含み、二次元受光素子からの出力に基づいて被検眼の眼内の波面収差が測定される。

測定光照射光学系１０ａには、測定光源１１から、光束偏向部１００、リレーレンズ１２、絞り４０、対物レンズ１４が被検眼に向けて順次配置されている。なお、測定光源１１には、ＳＬＤやＬＤ等の干渉性が高く光源部の小さい高輝度の光源が用いられている。また、測定光源１１は、被検眼眼底と共役な位置に配置される。この場合、光路外に配置されたＳＬＤ光源から光ファイバーを介して測定光束が出射されるようにしてもよい。すなわち、光ファイバの出力端を測定光源１１とみなすようにしてもよい。また、絞り４０は、眼底に投光される測定光束の光束径を細くして眼底上に鮮明なスポット像を形成させる役割を有し、測定光照射光学系１０ａの光路中に配置される（好ましくは、被検眼角膜と共役な位置）。

また、光束偏向部１００は被検眼の眼底に投光される測定光束を測定光軸Ｌ１に直交する方向に偏向させるための部材であり、測定光照射光学系１０ａの光路であって受光光学系１０ｂの光路とならない位置に配置されている（例えば、測定光源１１とリレーレンズ１２との間）。本実施形態では、光束偏向部１００として、非機械的に光を偏向させる音響光学的光偏向素子（ＡＯＤ）が用いられる。なお、これに限るものではなく、偏向プリズムや可動反射ミラー等を用いるようにしてもよい。

受光光学系１０ｂには、被検眼前方から、対物レンズ１４、ハーフミラー１３、リレーレンズ１６、全反射ミラー１７、コリメータレンズ１９、マイクロレンズアレイ２０、レンズアレイ２０を通過した光束を受光する二次元受光素子２２が順次配置されている。なお、ハーフミラー１３は、光源１１からの測定光束を透過し、眼底からの反射光を反射する特性を有する。また、受光光学系１０ｂは、被検眼の瞳孔とレンズアレイ２０とが光学的に略共役な関係となるように構成されている。ここで、マイクロレンズアレイ２０は、測定光軸Ｌ１と直交する面に二次元的に配置された微小レンズと遮光板からなり眼底反射光を複数の光束に分割する。なお、上記の構成は、いわゆるシャックハルトマン方式の波面センサを用いたものであるが、瞳孔共役位置に直交格子上のマスクを配置し、マスクを透過した光を二次元受光素子により受光するようないわゆるタルボット式波面センサを用いるようにしてもよい（例えば、本出願人による特開２００６−１４９８７１号公報参照）。

また、本実施形態においては、測定光源１１、コリメータレンズ１９、レンズアレイ２０、二次元受光素子２２は、一体のユニット２５として光軸方向に移動機構２６によって移動される構成となっている。ここで、ユニット２５は、被検眼の球面屈折誤差に応じて測定光源１１及び二次元受光素子２２が被検眼眼底と光学的に共役な関係となるように光軸方向に移動され、被検眼の球面屈折誤差を補正する視度補正機構として機能する。

また、ダイクロイックミラー１５の反射方向には、眼Ｅを観察するための対物レンズ３６、ダイクロイックミラー３７、全反射ミラー３８が配置されている。ミラー３８の反射方向の光路Ｏ２上には、眼Ｅに固視標を固視させるための図示なき固視標投影光学系が配置されている。

また、ダイクロイックミラー３７の反射方向の光路Ｏ３上には、結像レンズ３１、眼Ｅの前眼部付近と略共役な位置に配置されたエリアＣＣＤ等の二次元撮像素子３２を含み眼Ｅを撮影し被検眼像を得る観察光学系３０が配置されている。

また、ダイクロイックミラー１５は測定光学系１０が持つ測定光源から発せられる波長の光を透過し、図示無き前眼部照明光源やアライメント用光源から発せられた波長の光（近赤外光）及び可視光を反射する特性を有する。また、ダイクロイックミラー３７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。

なお、図示無き前眼部照明によって照明された被検眼前眼部からの反射光束は、ダイクロイックミラー１５、対物レンズ３６、ダイクロイックミラー３７、結像レンズ３１を介して、二次元撮像素子３２に結像される。また、図示無き固視標投影光学系によって発せられた固視光束は、ミラー３８で反射された後、前述の前眼部反射光束と逆の光路を通っった後、被検眼の眼底に到達される。

７０は制御部であり、二次元受光素子２２の出力画像信号を得て被検眼の波面収差等を解析するプログラムを有し、眼の光学特性を解析する手段を兼ねる。なお、制御部７０には、光源１１、二次元受光素子２２、光束偏向部１００、記憶手段としてのメモリ７５、移動機構２６、二次元撮像素子３０、被検眼前眼部や測定結果が表示される表示モニタ７、ジョイスティック５等が接続されている。

ここで、モニタ７の表示画面には二次元撮像素子３２によって撮像される前眼部像が表示されるため、検者は、ジョイスティック５を用いて光学系全体が内蔵された装置筐体を移動させ、被検眼に対して測定光軸Ｌ１を位置合わせする。そして、位置合わせ完了後、検者によってジョイスティック５の頂部に設けられた測定開始スイッチ５ａが押されると、測定開始のトリガ信号が発生される。そして、制御部７０は、これに基づいて測定光源１１を点灯させ測定を開始する。

ここで、測定光源１１から出射された光束は、光束偏向部１００、リレーレンズ１２、絞り４０、ハーフミラー１３、対物レンズ１４、ダイクロイックミラー１５、被検眼の瞳孔を介して被検眼の眼底に投光される。これにより、被検眼の眼底上に点光源像が形成される。

ここで、光束偏向部１００が制御部７０によって駆動されると、光束偏向部１００を通過する測定光束が測定光軸Ｌ１に対して垂直な方向に偏向され、被検眼の眼底上で点光源像が二次元的に移動される。これにより、眼底上で照射される測定光の位置が時系列的に変更可能となる。なお、本実施形態の光束偏向部１００では、測定光軸Ｌ１に対して上下左右各方向に測定光束が一定距離分だけ時系列的に偏向される。また、本実施形態の装置では、被検眼の眼特性（波面収差、屈折力分布等）を得るための１回分の測定において、光束偏向部１００による測定光の複数の偏向内容は、決められており、その偏向方向、偏向量、偏向回数等の偏向情報はメモリ７５に予め記憶されている。制御部７０は、測定時にこの偏向情報に基づいて光束偏向部１００を駆動させ、測定光を所定回数偏向させる。

被検眼の眼底に投光された点光源像は、反射光束として被検眼を射出し、ダイクロイックミラー１５で透過され、対物レンズ１４で集光された後、ハーフミラー１３で反射され、リレーレンズ１６にて一旦集光された後、全反射ミラー１７で反射される。そして、全反射ミラー１７で反射された光束は、コリメータレンズ１９を介して、レンズアレイ２０によって複数の光束に分割された後、二次元受光素子２２に受光される。なお、前述のように測定光束が偏向されると、二次元受光素子２２に受光されるパターン像全体は、図２に示すように測定光束の偏向方向に応じて移動される。

ここで、レンズアレイ２０で複数の光束に分割され二次元受光素子２２に受光されるパターン像（図２参照）は、被検眼の収差（低次収差、高次収差）の影響によって変化するため、無収差の光が通過したときにできるパターン像に対して、被検眼からの反射光により生じるパターン像を解析すれば、被検眼の波面収差分布や屈折力分布を測定することが可能になる。

以下に、図２を用いて、光束偏向部１００によって位置変更される毎のパターン像を各々取得し、光束偏向部１００による偏向に基づく各パターン像の位置変化を，対応する偏向情報に基づいて補正し、補正された各パターン像同士を加算処理することにより被検眼の波面収差を求める手法について説明する。

具体的には、制御部７０は、二次元受光素子２２によって検出されるパターン像を複数回取得（撮像）し、メモリ７５に加算処理を行うための画像データとしてそれぞれ記憶させる。パターン像の取得は、所定間隔（例えば、１／３０秒間隔）で行われ、得られた画像データが順次メモリ７５に出力される。本実施形態では、取得されたパターン画像を、撮影順に、第１画像、第２画像、第３画像、第４画像として説明する。

また、制御部７０は、前述のようにパターン画像を１フレーム取得するのに同期して、光束偏向部１００を駆動させることにより測定光束の偏向状態を切り換える。ここで、第１画像は、測定光束が測定光軸Ｌ１に対して上方向に偏向された状態でのパターン像、第２画像は、測定光束が測定光軸Ｌ１に対して左方向に偏向された状態でのパターン像、第３画像は、測定光束が測定光軸Ｌ１に対して下方向に偏向された状態でのパターン像、第４画像は、測定光束が測定光軸Ｌ１に対して右方向に偏向された状態でのパターン像、といったように、各フレーム毎のパターン画像と測定光束の偏向状態とが一対の関係となる。なお、図２における基準画像は、測定光軸Ｌ１と測定光束が眼底上で同軸となった際のパターン像の受光位置を表す。

この場合、光束偏向部１００によって偏向される測定光束の偏向状態（偏向方向及び偏向量）に応じて眼底上での点光源像の位置が異なるため、二次元受光素子２２上に受光されるパターン像の受光位置が変化する。すなわち、パターン像における各ドット像同士の位置関係は変化しないが、パターン像全体が所定方向に所定量ずれた状態となる。ここで、第１画像では基準画像に対してΔｄだけ上方向にずれ、第２画像では基準画像に対してΔｄだけ左方向にずれ、第３画像では基準画像に対してΔｄだけ下方向にずれ、第４画像では基準画像に対してΔｄだけ右方向にずれる。

次に、制御部７０は、波面収差を求めるための演算処理に移行する。ここで、制御部７０は、予めメモリ７５に記憶されている偏向情報に基づいて光束偏向部１００によって偏向される測定光束に応じて変化するパターン像の受光位置の位置ずれデータ、より詳しくは、偏向させない測定光にて得られるパターン像の受光位置に対する偏向した測定光にて得られるパターン像の受光位置の位置ずれデータをメモリ７５に予め記憶しておき、メモリ７５に記憶されたパターン像に対して、対応する位置ずれデータを用いてパターン像の受光位置に関して補正処理をかける。例えば、図２に示す第１画像の場合、上方向への位置ずれΔ↑ｄが差し引かれるようにオフセットをかける。また、第２画像の場合、左方向への位置ずれΔ←Δｄが差し引かれるようにオフセットをかける。

上記のようにして各パターン像の画像データに対して補正処理がなされたら、制御部７０は、補正された各画像データに対して加算処理を行う。これにより、各ドット像の輝度値が増幅されるため、各ドット像とノイズ成分とのコントラストが明確になり、各ドット像の位置検出精度が向上される。

その後、制御部７０は、上記のように加算処理された後のパターン像における各ドット像の偏位量を検出することで、反射光束の波面の傾きを求める。波面の傾きの解析は、特表２００３−５２６４０４号公報等に記載されているような周知の数学的技術を使用することができる。解析された波面の傾きは、周知のゼルニケ（Zernike）多項式の展開を適用することによって定量化される。球面屈折誤差（Ｓ）、乱視屈折誤差（Ｃ）、乱視軸角度（Ａ）は多項式次数２次以下の項で表され、高次収差成分は多項式次数３次以上で求められる。波面収差分布や屈折力分布等の光学特性の解析結果は、制御部７０に接続されたモニタ７にマップ等の形で表示される。

以上説明したように、パターン像を複数取得する際に光束偏向部１００によって測定光束が偏向されることにより、二次元受光素子２２にパターン像と共に検出されるスペックルノイズが測定光束の偏向状態に応じて各々変化される。よって、これを加算処理することによってスペックルノイズが相対的に中和除去される。

また、本実施形態では、測定光束を偏向させる光束偏向部１００が測定光照射光学系１０ａの光路中であって受光光学系１０ｂの光路とならない位置に配置されている。したがって、光束偏向部１００によって偏向される光束径が小さく収差の影響を受けにくいため、光学系の影響によって生じる収差が抑制されたパターン像を得ることができる。また、測定光照射光学系の光路中であって受光光学系１０ｂの光路とならない位置であれば、光束偏向部１００の配置位置は特に限定がされず、光学設計が簡易化される。なお、光束偏向部１００による偏向量を考慮すると、測定光源１１から離れた位置に配置されることが好ましい。

これに対し、測定光照射光学系１０ａ及び受光光学系１０ｂの共通光路に光束偏向部１００が配置される場合、瞳孔と共役位置に光束偏向部１００を配置する必要がある。この場合、光束偏向部１００によって偏向される光束径が大きく光束偏向部１００を通過することによる収差の影響が避けられないため（特に、周辺部）、測定精度の低下につながる。また、前述の収差の影響を回避するために、可動ミラーの反射面やプリズムの一面を非球面にしようとすれば、光学部材が高価となり、装置のコストアップにつながる。

なお、以上の説明においては、光束偏向部１００を用いて眼底に投光される投光光束を偏向させるような構成としたが、これに限るものではなく、測定光源１１やリレーレンズ１２を機械的に移動させて投光光束を偏向させる構成としても良い。

本実施形態に係る眼科測定装置の光学系及び制御系の構成について説明するための概略構成図である。光束偏向部によって眼底上の測定光の位置が変更されたときのパターン像の位置変化及び補正処理について説明する図である。

符号の説明

１０測定光学系
１０ａ測定光照射光学系
１０ｂ受光光学系
２０マイクロレンズアレイ
２２二次元受光素子
７０制御部
１００光束偏向部

Claims

被検眼眼底にスポット状の測定光を照射する測定光照射光学系と、被検眼眼底に照射した前記測定光の反射光束を複数の光束に分割して複数の指標像からなるパターン像として二次元撮像素子に受光させる受光光学系と、
前記測定光照射光学系の光路であって前記受光光学系の光路とならない位置に配置され，被検眼眼底に投光される投光光束を偏向させる光束偏向手段と、
前記受光光学系からの出力に基づいて被検眼の眼内の波面収差を測定する測定手段と、を備え、
前記測定手段は、
前記光束偏向手段を駆動させて眼底上に照射される測定光の位置を時系列的に変更させるとともに，前記受光光学系によって受光される前記位置変更毎のパターン像を各々取得するパターン像取得手段と、
前記パターン像取得手段に取得された各パターン像を処理して、前記光束偏向手段による偏向に基づく前記各パターン像の位置変化を，対応する偏向情報に基づいて補正処理する補正処理手段と、を有し、補正された各パターン像同士を加算処理して被検眼の眼内の波面収差を測定することを特徴とする眼科測定装置。
請求項１の眼科測定装置において、前記補正手段は前記光束偏向手段による前記偏向情報に基づいて得られる前記パターン像のズレ方向及びズレ量から前記測定光を偏向させないとしたときの前記パターン像の受光情報が得られるように補正することを特徴とする眼科測定装置。
請求項２の眼科測定装置において、前記光束偏向手段は、音響光学的光偏向素子であることを特徴とする眼科測定装置。