JP6130465B2

JP6130465B2 - 視力表示装置

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Publication number: JP6130465B2
Application number: JP2015213668A
Authority: JP
Inventors: 秋山　久則; 久則秋山; 和宏大森
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: JP2016028760A

Description

本発明は、検眼システムに用いられる検眼用の視標を表示する視力表示装置の改良に関する。

従来から、検眼システムに用いられる検眼用の視標を表示する視力表示装置には、被検眼に検眼用の視標を提示する視標提示光学系を備えたものが知られている。
この視標提示光学系には、例えば、筐体の内部に液晶表示装置と、反射ミラーと、ハーフミラーと、凹面鏡とが配設されている。

その液晶表示装置は、視標制御部コンピュータによって制御される。この視標制御部コンピュータは筐体の内部に設置されている。その筐体にはリモートコントロールスイッチが設けられている。
そのリモートコントロールスイッチを操作すると、液晶表示装置の表示画面に、そのリモートコントロールスイッチにより選択された検眼用の視標像（例えば、ランドルト環等）が表示される。

その表示画面に表示された検眼用の視標像からの光束は、反射ミラーによりハーフミラーに向けて反射される。このハーフミラーに導かれた反射光束はこのハーフミラーを透過して凹面鏡に導かれる。この凹面鏡に導かれた反射光束は、この凹面鏡により再びハーフミラーに向けて反射される。その凹面鏡により反射された反射光束は、そのハーフミラーにより被検眼の存在する方向に向けて反射される（例えば、特許文献１参照。）。
そのハーフミラーにより反射された反射光束は、被検眼のアイポイントの前方の所定距離の位置、例えば、アイポイントから５ｍの像点位置に虚像を形成する。

この特許文献１に開示の視力表示装置によれば、機械的にディスク板を回転させて視標像を提示する視力表示装置に較べて、被検者に視標像を提示するまでの時間を短くできる。
また、液晶表示装置を使用しているので、各種の視標像を作成でき、動画像形式の視標像も被検眼に提示でき、機械的にディスク板を回転させて視標を提示する視力表示装置に較べて、故障も少ない。更に、視標提示光学系を介して視標像を被検者に提示するので、省スペース化も図ることができる。

特開平１１−８９７９６号公報

ところが、この従来の視標提示光学系は、反射ミラーと、ハーフミラーと、凹面鏡との組み合わせの配置であって、凹面鏡の焦点距離が３００ｍｍよりも短いため、視標像が見える視界が狭くて、アイポイントのずれによる視標像の歪みの変化が大きい。

また、凹面鏡やハーフミラーの精度を高精度に仕上げなければならず、概してコスト高となる不都合がある。
その一方、視標光学系を介さずに液晶表示装置の表示画面に表示された視標像をそのまま被検眼に提示することとすると、視力表示装置の占有面積が大きくなり、省スペース化が図れないという不都合がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、単純な光学構成でアイポイントのずれによる画像歪みが少なく、かつ、省スペース化も図ることのできる、両眼視機能検査が可能な視力表示装置を提供することにある。

本本発明に係る視力表示装置は、被検者が偏光眼鏡を装用して検査を受ける両眼視機能検査を行う視力表示装置であって、前記被検者の被検眼に両眼視機能検査用の視標を提示する視標提示光学系が、視標像を表示する画像表示装置と、前記画像表示装置の表示画面からの光束により前記視標像の虚像を形成する凸レンズ系と、前記凸レンズ系を通過した光束の光路を折り曲げて前記被検眼のアイポイントの前方の所定距離の像点位置に前記視標像を虚像として提示する光路折り曲げミラーとから構成され、かつ、前記表示画面の位置が前記凸レンズ系の焦点距離以内に存在し、前記表示画面の上に、前記偏光眼鏡の左眼、右眼の偏光に対応するように偏光素子が配設され、前記視標提示光学系は筐体の内部に含まれ、前記画像表示装置は前記筐体の外部からの映像信号によって前記表示画面に前記視標像を表示し、前記偏光素子は、前記表示画面の上に、前記偏光眼鏡の左眼、右眼の偏光に対応するように左眼用偏光素子と右眼用偏光素子がピクセル単位で交互に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、単純な光学構成でアイポイントのずれによる視標像の歪みが少なく、かつ、省スペース化も図ることができる。

さらに、被検者に対し、左眼側と右眼側とに、それぞれ、独立して視標を提示する両眼視機能検査が可能となる。

図１は視力表表示装置を備えた検眼システムの概要を示す斜視図である。図２はこの視力表示装置を備えた検眼システムの視標提示光学系の概要を示す光学図である。図３は図２に示す液晶表示装置の表示画面に表示されたランドルト環の説明図である。図４は図２に示す視標提示光学系の反射ミラー、光路折り曲げミラー、ウインドウを捨象して光学構成を模式的に示した図である。図５は被検眼のアイポイントから５ｍの位置に視標を提示して視力「２．０」の検査を行う場合の説明図である。図６は図２に示す視標提示光学系の反射ミラー、光路折り曲げミラー、ウインドウを捨象して光学構成を模式的に示す説明図であって、凸レンズ系から０．９８６ｍの位置に５．７インチサイズの液晶表示装置を配置した場合の画像倍率と光学倍率の説明図である。図７は表示画面の各画素の前面に偏光フィルタを配設した状態を示す説明図である。図８は視力表示装置の配置位置を基準位置から前後にずらした場合の視標チャートの見え方を説明するのに用いた図である。

以下に、図１ないし図８を参照しつつ本発明に係る視力表示装置を用いた検眼システムの実施例を、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係る視力表表示装置を備えた検眼システムの一例を示す斜視図である。
その図１において、１０は検眼テーブル、１１は視力表示装置である。検眼テーブル１０には、水平方向に回動可能の支柱１２が設けられている。この支柱１２には検眼ユニット１３、照明ユニット１４が設けられている。

視力表示装置１１は、支持台１と、直方体形状の筐体２とを備えている。筐体２は支持台１に載置されるものであるが、ここでは、支持台１と筐体２とは一体構成である。筐体２の前面にはウインドウWが設けられている。
このウインドウWには、ここでは、ポリアクリルレート樹脂（PMMA）が用いられ、その厚さは２ｍｍである。

その支持台１と筐体２との内部には、図２に示すように、視標提示光学系３が設けられている。この視標提示光学系３は、画像表示装置４と、反射ミラーM１と、凸レンズ系L1と、光路折り曲げミラーM2とから概略構成されている。

画像表示装置４は、例えば、液晶表示装置から構成され、物点Oの位置に存在する表示画面４aに図３に示すようにランドルト環等の検眼用の視標像を表示する。その図３において、ｙは像高を示す。
反射ミラーM1はこの画像表示装置４に表示された視標像からの光束を凸レンズ系L1に向けて反射する。

凸レンズ系L1は、ここでは、１個の平凸レンズにより構成されているが、これに限るものではなく、２個以上のレンズからなる構成でも良い。この平凸レンズにはBK７等のガラス材料が用いられている。この凸レンズ系L１の焦点距離ｆは、ここでは、ｆ＝１３１４．０ｍｍ（ミリメートル）である。

その図２において、符号ｆ０は凸レンズ系L1の焦点を示している。物点Oは凸レンズ系L１の焦点距離以内にある。
この凸レンズ系L1は、反射ミラーM1により反射された反射光束により虚像を形成する。

光路折り曲げミラーM2は、凸レンズ系L１を透過した反射光束の光路を折り曲げて被検者Jの被検眼EのアイポイントIの前方の所定距離の像点位置に虚像を提示する。
ここでは、凸レンズ系L1の焦点距離ｆは、ｆ＝１３１４．０ｍｍとされているが、凸レンズ系L１の焦点距離ｆが８００ミリメートルよりも大きければ、画像の歪みを小さくできる。

この光路折り曲げミラーM2は、可動可能とされて、被検眼Eの床面からの高さに応じて、その傾斜角度を調節できるようにされている。
これにより、被検眼Eに表示画面４aからの光束を導くことができ、被検眼Eに視標が支障なく提示できる。

また、画像表示装置４の像高ｙと焦点距離ｆとの関係は、１０ｙ＜ｆ＜２４ｙであるのが望ましい。
ライカ版の大きさの画像表示装置４から１９インチ相当のサイズのテレビ画面等に表示された視標像を提示する場合でも、視標像の歪みを小さくして提供できるからである。

下記の表１は、その図２に示す視標提示光学系３の光学データを示している。
この表１において、面番号１は反射ミラーM１の面、面番号２は凸レンズ系L１の後面、面番号３は凸レンズ系L１の前面、面番号４は光路折り曲げミラーM2の面、面番号５はウインドウWの内面、面番号６はウインドウWの外面、Iはアイポイント、O’は虚像が形成される像点位置を示す。

ここでは、物点Oから反射ミラーM１までの面間距離ｄ１は７７．９１ｍｍ、反射ミラーM１の曲率半径ｒ１は無限大、反射ミラーM１の面１から凸レンズ系L１の後面２までの面間距離ｄ２は８８９ｍｍ、凸レンズ系L１の後面２の曲率半径ｒ２は無限大、凸レンズ系L１の後面２から凸レンズ系L１の前面３までの面間距離（厚さ）ｄ３は１６ｍｍ、凸レンズ系L１の前面３の曲率半径ｒ３は６００ｍｍ、光路折り曲げミラーM2の面４の曲率半径ｒ４は無限大、凸レンズ系L１の前面３から光路折り曲げミラーM2の面４までの面間距離ｄ４は１５０ｍｍ、光路折り曲げミラーM2の面４からウインドウWの内面５までの面間距離ｄ５は１００．０００ｍｍ、ウインドウWの内面５の曲率半径ｒ５は無限大、ウインドウWの内面５からウインドウWの外面６までの面間距離ｄ６は２ｍｍ、ウインドウWの外面６の曲率半径ｒ６は無限大、ウインドウWの外面６からアイポイントIまでの面間距離ｄ７は８００ｍｍであり、虚像は−５０００．０００ミリメートルの像点位置O’に提示される。その像高ｙは例えば、８２．６ｍｍである。

この視力表示装置１１では、アイポイントIの前方８００ミリメートルの位置にウインドウWの外面が配置されるものとし、この位置を視力表示装置１１の基準位置とする。図４はその視標提示光学系３の光学構成を模式的に示したものである。

このとき、アイポイントIから凸レンズ系L１の主点位置までの光学距離は１．０５ｍである。凸レンズ系L１の主点位置から表示画面４aまでの光学距離は０．９８６ｍである。凸レンズ系L１の主点位置から像点位置O’までの光学距離は３．９５ｍである。

この視標提示光学系３によれば、光学倍率は４．００６倍である。従って、５．７（インチ）の画像表示装置４の見かけ上の大きさは、４．００６×５．７（インチ）＝２２．６４（インチ）となる。

また、光学倍率（チャート倍率）が４．００６倍であるので、５ｍ用の視標がアイポイントIの前方５ｍの像点位置O’に提示されるためには、「２．０」のランドルト環の切れ目幅が０．１８１５（１画素）となるように描画しなければならない。

通常、ランドルト環Rを用いて、視力「１．０」の検査を行うときには、直径７．２７２ｍｍのランドルト環を被検眼EのアイポイントIの前方５ｍの位置において、図３に示す切れ目幅１．４５４ｍｍの切れ目（ギャップ）Rgの方向が認識できるか否かによって行う。

例えば、同一の大きさのランドルト環Rを５ｍの位置から被検眼Eに近づけてアイポイントIの前方２．５ｍの位置で初めて切れ目（ギャップ）Rgの方向が認識できたときには、その被検者の視力は「０．５」であり、同一の大きさのランドルト環Rを５ｍの位置から遠ざけてアイポイントIの前方１０ｍの位置で初めて切れ目（ギャップ）Rgの方向が認識できなくなったときには、その被検者の視力は「２．０」である。

そこで、通常、被検者のアイポイントIの前方５ｍの位置で、視力「２．０」の検査を行うため、直径７．２７２ｍｍの半分の大きさのランドルト環Rであって、切れ目（ギャップ）Rgの切れ目幅が０．７２７ｍｍ（１．４５４ｍｍの半分）の視標像を提示している。図５は視力「２．０」の検査を行う場合の説明図を示している。

この視標像の提示に用いる画像表示装置４の大きさは、１９インチであり、ピクセルサイズ（画素サイズ）は０．２９４ｍｍ（２９４μｍ）であり、横方向の画素Giの個数は１２８０個、縦方向の画素Giの個数は１０２４個である。

この１９インチサイズの画像表示装置４を用いて視力「２．０」検査用のランドルト環Rの切れ目（ギャップ）Rgの幅は０．７２７ｍｍであるので、この１９インチサイズの画像表示装置４を用いて視力「２．０」の検査を行う場合、切れ目（ギャップ）Rgの切れ目幅０．７２７ｍｍ内には、０．７２７／０．２９４＝２．４７個の画素Giが存在する。
このように、１９インチサイズの画像表示装置４を用いると、切れ目（ギャップ）Rgに少なくとも２個以上の画素Giが存在することになる。

本願発明によれば、図６に模式的に示すように、５．７インチサイズの画像表示装置４を用いて同様の検査を行うことができる。この５．７インチサイズの画像表示装置４の画素Giのピクセルサイズは０．１８１５ｍｍ、横方向の画素Giの個数は６４０個、縦方向の画素Giの個数は４８０個である。

この５．７インチの画像表示装置４を用いると、光学倍率が４．００６倍であるので、２．０のランドルト環の切れ目（ギャップ）Rgの切れ目幅０．７２７ｍｍは、０．１８１５ｍｍである。

ピクセルサイズは、０．１８１５ｍｍであるので、ランドルト環Rの切れ目（ギャップ）Rg内の画素の個数は１個である。言い換えると、視標提示光学系３は、５ｍ視力表の２．０のランドルト環の直径３．６３６ｍｍのランドルト環Rの切れ目幅０．７２７ｍｍの切れ目が画像表示装置４の表示画面４aの画素サイズ（ピクセルサイズ）の１ピクセルに相当する光学倍率に設定されている。
一画素あれば、「視力２．０」のランドルト環Rの切れ目を描画できるからである。

この実施例では、図７に示すように、画像表示装置４の表示画面４aに、偏光軸の方向が直交する光を透過させる偏光素子（偏光フィルタ）６’、７’をピクセル単位で縦方向に交互に配設することができる。表示画面４aには、十字視標が提示される。
この十字視標の横線H１は左眼用視標であり、縦線V１は右眼用視標である。その偏光素子（偏光フィルタ）６’、７’の一方の偏光軸の方向は４５度であり、他方の偏光軸の方向は１３５度である。

被検者は、両眼視機能検査において、図示を略す偏光眼鏡を装用して検査を受ける。
その偏光眼鏡の偏光軸は、左眼側は左眼用の偏光素子（偏光フィルタ）６’の偏光軸の方向に対応し、右眼側は右眼用の偏光素子（偏光フィルタ）７’の偏光軸の方向に対応している。
縦線V１は一ライン毎に間隔を開けて描画されている。連続的に描画すると、左眼でも見ることができることになるからである。

縦線V１は破線となるが、位置一画素（一ピクセル）は小さく、被検者が５ｍ離れた位置からこの縦線V１を見ると、連続的直線に見えることになる。従って、これにより、両眼視機能検査を支障なく行うことができる。

次に、視標の倍率誤差を５％まで許容すると、光学倍率誤差は、４．０１×１．０５＝４．２１、４．０１×０．９５＝３．８１であり、これは、基準位置に対して被検眼EのIの前方６０ｃｍから１００ｃｍの間にウインドウWを配置したことに対応する。

すなわち、この視標提示光学系３によれば、図８に模式的に示すように、被検眼EのアイポイントIからウインドウWの前面までの距離を６０ｃｍ（アイポイントIから凸レンズ系L１までの距離０．８５ｍ）とした場合、光学倍率は４．１５／０．６８６＝４．２０９倍になり、基準位置における光学倍率が４．００６（約４．０１）であるので、像点位置O’までの距離は、（４．０１／４．２０９）×５＝４．７６ｍとなり、見かけの大きさは、５ｍ用の視標（チャート）であるランドルト環Rを４．７６ｍにおいたときの大きさとなり、視標が大きく見える。

その一方、被検眼EのアイポイントIからウインドウWの前面までの距離を１００ｃｍ（アイポイントIから凸レンズ系L１までの距離１．２５ｍ）とした場合、光学倍率は３．７５／０．９８６＝３．８０３倍であり、基準位置における光学倍率は４．０１倍であるので、像点位置O’までの距離は、（４．０１／３．８０３）×５＝５．２７ｍであり、５ｍ用の視標（チャート）であるランドルト環Rを５．２７ｍにおいたときの大きさとなり、視標が小さく見える。

言い換えると、ウインドウWに対して被検眼EのアイポイントIが基準位置から前後に５％ずれたとしても、視力検査を支障なく行うことができる。
この視力表示装置では、図２に示すように、その支持台１の内部に画像表示装置４の表示制御を実行する表示制御部８と、表示制御部８の表示制御により表示画面４aに視標像を表示させる画像処理部９とを備えている。表示制御部８には、図示を略すメモリが設けられ、このメモリには視標データが保存されている。

検者が、図示を略す電源スイッチをオンすると、表示画面４aに視標像が表示される。また、図示を略すリモートコントロールスイッチを操作すると、検者が所望する視標像が表示画面４aに迅速に表示される。これにより、被検者Jに対する視標像が像点位置O’に虚像として提示される。

なお、支持台１の内部に画像表示装置４の表示制御を実行する表示制御部８と、画像表示部８の表示制御により表示画面４aに視標像を作成する画像処理部９とを設ける代わりに、受信部を支持台１の内部に設け、画像表示装置４の表示画面４aに、外部からの映像信号によって視標像を表示させる構成としても良い。

以上、実施例について説明したが、視標提示光学系３を、ウインドウWを有する筐体２を載置する支持台１の下方の内部に設けられて視標像を表示する画像表示装置４と、筐体２の内部と支持台１の内部との少なくとも一方に設けられて画像表示装置４の表示画面４aからの光束により視標像の虚像を形成する凸レンズ系L1と、筐体２の内部に設けられて凸レンズ系L1を通過した光束の光路を折り曲げて被検眼EのアイポイントIの前方の所定距離の像点位置に視標像を虚像として提示する光路折り曲げミラーM2とから構成しても良い。

１支持台
２筐体
３視標提示光学系
４画像表示装置（液晶表示装置）
４a 表示画面
６’ 偏光素子（偏光フィルタ）
７’ 偏光素子（偏光フィルタ）
E 被検眼
L1 凸レンズ系
M１反射ミラー
M2 光路折り曲げミラー
W ウインドウ

Claims

被検者が偏光眼鏡を装用して検査を受ける両眼視機能検査を行う視力表示装置であって、
前記被検者の被検眼に両眼視機能検査用の視標を提示する視標提示光学系が、
視標像を表示する画像表示装置と、
前記画像表示装置の表示画面からの光束により前記視標像の虚像を形成する凸レンズ系と、
前記凸レンズ系を通過した光束の光路を折り曲げて前記被検眼のアイポイントの前方の所定距離の像点位置に前記視標像を虚像として提示する光路折り曲げミラーとから構成され、
かつ、前記表示画面の位置が前記凸レンズ系の焦点距離以内に存在し、前記表示画面の上に、前記偏光眼鏡の左眼、右眼の偏光に対応するように偏光素子が配設され、
前記視標提示光学系は筐体の内部に含まれ、前記画像表示装置は前記筐体の外部からの映像信号によって前記表示画面に前記視標像を表示し、
前記偏光素子は、前記表示画面の上に、前記偏光眼鏡の左眼、右眼の偏光に対応するように左眼用偏光素子と右眼用偏光素子がピクセル単位で交互に配設されていることを特徴とする視力表示装置。
前記画像表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の視力表示装置。
前記左眼用偏光素子と右眼用偏光素子は、横方向に延在され縦方向に交互に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の視力表示装置。