JPH0152013B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は屈折率測定方法及びその装置に関す
る。特に、人眼角膜の屈折率の測定方法及びその
装置に関するものである。

従来、例えば人眼の角膜の屈折率としては多く
の研究者が様々な値を発表しており、例えばグル
ストランド（Gullstrand）は1.376を、ローンス
タイン（Lohnstein）は1.3739をクラウス
（Kraus）は1.3507を、チヨサツト（chossat）は
1.33をマウリス（Maurice）は1.375をそれぞれ提
唱している。

しかし、これら屈折率値は人体から摘出した乾
燥角膜の測定値であつたり、角膜を構成するコラ
ーゲンおよび繊維間物質の屈折率及び容積から計
算により導く等の方法で得られた値であり、生活
人眼の角膜屈折率を直接測定したものではなかつ
た。

また従来、人眼等の生体角膜の屈折率を測定す
るためには、角膜を摘出して乾燥その他の変性を
受けないように摘出後短期間内に、例えばプユル
フリツヒ屈折計やアツベ屈折計で測定するなどの
方法が知られている。ところで、これら屈折計で
の測定では被検体（角膜）より高屈折率の液体、
例えばモノブロムナフタリンを介在させて測定す
る必要がある。しかしながら、このような測定法
では該介在液のために角膜の変性がおこり、その
結果生体中での生活下における角膜屈折率とは異
つた屈折率しか測定出来ず、何よりも人眼から角
膜を摘出しなければならないので生体眼の生活下
における角膜屈折率の測定は不可能であつた。

本発明はかかる従来法の前記諸欠点を改善する
ことを意図してなされたものである。

そこで、本発明の目的は新規な屈折率の測定方
法を提供することである。

本発明の他の目的は生体眼の角膜を摘出するこ
となく、かつ他の薬剤等を介在させることなしに
生体眼角膜の屈折率を直接測定する方法を提供す
ることにある。

本発明の更に別の目的は前記方法を実施するた
めの装置を提供することにある。

本発明の前記目的並びに特徴は以下の記載から
一層明らかとなろう。

まず、本発明の方法は被測定物にスリツト光を
照明して該被測定物中に光学切断面を形成し、該
断面像を利用して、前記スリツト照明光の照明方
向と相対的に少なくとも２方向における前記被測
定物の見掛けの厚さを測定し、得られる少なくと
も２つの見掛けの厚さから前記被測定物の屈折率
を演算により演出することを含む。

ここで被測定物は透明体であり、かつ一部分を
分離して従来の屈折計による測定に付すことがで
きないもの、また屈折計と接触させることが望ま
しくないもの、もしくは媒体の作用により変性し
易いものなどであり、特に生体眼角膜、水晶体等
を挙げることができる。以下説明の都合上角膜の
場合について述べる。

本発明の前記方法は、以下のような装置を使用
して実施することができる。即ち、本発明の装置
は被検眼角膜にスリツト光を照明する照明系と、
該照明系によつて作られる角膜断面像による角膜
の見掛けの厚さを測定する測定光学系と、該測定
光学系によつてできる前記角膜断面像の見掛けの
厚さを測定する測定手段と、該測定手段から得ら
れた見掛けの厚さから角膜屈折率を演算する演算
手段とから構成される。

かくして、本発明によれば、人眼から角膜を摘
出することなくまた装置の１部を接触させたり、
あるいは媒質を介在させることもなく、何ら被検
者に苦痛をあたえることなく、しかもきわめて簡
単に短時間に正確な生活下の角膜屈折率を測定す
る方法並びに装置が提供される。

本発明の原理は角膜の光軸に対し異なる２つの
角度から見たときに得られる２つの見掛け上の角
膜の厚さを測定し、この２つの見掛け上の厚さか
ら角膜の屈折率を算出するものである。

以下本発明の原理を第１図をもとに説明する。

角膜Ｃに、その前面の曲率中心Ｏに向けてスリ
ツト照明光Ｉを入射させると、角膜の構成物質に
よる散乱光が多方向に角膜外に射出される。今、
そのうちの２つの散乱光束D₁，D₂について考え
る。照射光束Ｉに対し角度αiの角度で散乱射出さ
れる散乱光束D₁において角膜後面と照明光との
交点Ｐからの散乱光線D_1aはあたかもP′から射出
したように観察され、ために角膜の厚さｔは照射
方向の見掛けの厚さyiとして測定される。また照
射光束Ｉに対し角度αjの角度で散乱射出される散
乱光束D₂においては、Ｐ点からの射出光線D_2aは
あたかもP″点から射出されたように観察され、
ために角膜の厚さｔは照射方向の見掛けの厚さy_j
として測定される。ここで、 ただしｒは角膜前面の曲率半径、 とおき、また ａ＝｛（sinNi／Mi）²−（sinNj／Mj）²｝² ｂ＝sin²Nisin²Nj（１／Mi²＋１／Mj²）＋（sin²Ni／
Mi²＋ sin²Nj／Mj²） ×〔cosNicosNj−１〕 ｃ＝〔cosNi−cosNj〕² …(3) とおくと、角膜ｃの屈折率ｎは として求めることができる。

ここで見掛けの厚さy_i，y_jを測定する第１の方
法としては、第２図に示すように、角膜ｃからの
散乱光束D₁，D₂による角膜散乱像をシヤインプ
ルフの原理を使つて結像させその像から測定すれ
ばよい。すなわち、第２図において照射光束Ｉで
光切断された角膜の散乱点P₀，P′からの散乱光
束D₁を照射光軸I₀と点Q₁で交差するように配置
されたレンズL₁で、同じく点Q₁でまじわるよう
に配置された検出面F₁上に結像させる。このと
き検出面F₁上には散乱点P₀の像₀及び散乱点
P′の像′がシヤープに結像されるためP₀P′間の見
掛けの厚さy_iを検出面F₁上の像点₀′から求め
ることができる。同様に散乱点P₀P″からの散乱
光束D₂は照射光軸I₀とQ₂点で交差するように配
置されたレンズL₂により、同じくQ₂で交差する
検出面F₂上に結像し、この検出面上の像点₀，
Ｐ″により見掛けの厚さy_jが測定できる。

見掛けの厚さy_i，y_jを測定する第２の方法は、
第３図に示すように、散乱光束D₁，D₂中にプレ
ンパラレル（平面平行硝子板）PL₁，PL₂を挿入
し、このプレンパラレルPL₁，PL₂を回転するこ
とにより散乱光束D₁，D₂をその見掛け幅Δ_i，Δ_j
分シフトし、そのシフトに要したプレンパラレル
の回転角θ₁，θ₂からもとめる方法である。この方
法によれば、見掛けの厚さy_i，y_jは、第１図に示
すように、その散乱角度α_i，α_jが予めわかつてい
れば、 なる関係をもつ見掛け幅Δ_i，Δ_jを測定することに
よつて測定できる。そして、この見掛け幅Δ_i，Δ_j
はそれぞれプレンパラレルPL₁，PL₂の厚さをＴ、
その屈折率をn₀、回転角をθ_i，θ_jとすると式： Δ_i＝Ｔ／cos〔sin^-1（sinθi／n₀）〕 sin〔θ_i−sin^-1（sinθ_i／n₀）〕 Δ_j＝Ｔ／cos〔sin^-1（sinθi／n₀）〕 sin〔θ_j−sin^-1（sinθ_j／n₀）〕 …(6) から求めることができる。

ゆえに見掛けの厚さy_i，y_jは(5)式から として求めることができる。

上述した２つの方法のいずれかにより見掛けの
厚さy_i，y_jを求め、これを(1)式に代入後(2)、(3)、
(4)式により角膜の屈折率をもとめることができ
る。

以下に添付図を参照しつつ記載する本発明の非
限定的実施例により、本発明を更に具体的に説明
する。

第４図は本発明に係わる角膜屈折率測定装置の
第１の実施例を示す図である。

本実施例はスリツト光束で切断された被検眼角
膜のスリツト切断像から角膜の見掛けの厚さをシ
ユテインプルフの原理を使つて測定し、その結果
から角膜屈折率を測定する角膜屈折率測定装置の
実施例である。

本実施例の装置の構成は大別するとスリツト照
明系１、第１測定光学系２、第２測定光学系３、
第１測定光学系と第２測定光学系からの像を共通
に観察する観察光学系４、及び測定演算回路群５
から構成されている。

スリツト照明系１は照明光源６とその射出光を
集光する集光レンズ７と、集光レンズ７からの光
をスリツト状に制限するスリツト開口８と、スリ
ツト開口８からの光を反射し射出方向を変換する
反射ミラー９及び１０と、スリツト開口８からの
光を被検眼角膜Ｃに結像する結像レンズ１１とか
ら構成されている。

第１測定光学系２は角膜Ｃ上の角膜切断像I₀を
第１共役像I₁として結像するために、スリツト照
明系光軸O₁に対し角度α_iの光軸を有する第１対物
レンズ１２と、第１対物レンズ１２を射出した光
束の方向を変換する可動反射ミラー１３と、可動
ミラー１３からの光束の方向を装置後方に変換す
る反射ミラー１４と、光路中に選択的に挿入され
る合焦機能もかねる第１リレーレンズ１５とから
構成されている。ここで、第１対物レンズ１２の
主平面は角膜像I₀の入射方向と、対物レンズ１２
により形成される第１共役像I₁が可動ミラー１３
がない場合に結像されるであろう第１仮想角膜共
役像I₁′の方向とが１点₁で交叉する、いわゆる
シヤインプルフの原理にもとずく配置を成してい
る。また同様に、第１リレーレンズ１５の主平面
も、第１共役像I₁の第２仮想角膜共役像I₁″の方向
と、リレーレンズ１５でできる第２共役像I₂の方
向とが１点₂で交わるような、シヤインプルフ
の原理にもとずく配置を成している。

第２測定光学系３はスリツト照明光軸O₁に対
し角度α_jの光軸を有する第２対物レンズ１６と、
この対物レンズ１６からの射出光束の方向を変換
し、第１対物レンズ射出光束の可動ミラー１３で
反射されたのちの光束と同方向に向わせるための
反射ミラー１７と、上述のミラー１４と、光路内
に選択的に挿入される合焦機能もかねる第２リレ
ーレンズ１８とから構成されている。そして第２
対物レンズ１６の主平面は、角膜切断像I₀の方向
と、この角膜切断像I₀の第２対物レンズによる第
３共役像I₃の第１仮想共役像I₃′の方向とが１点₃
で交わる、シヤインプルフの原理にもとずく配置
になつている。また、第２リレーレンズも同様に
その主平面が第３共役像I₃の第２仮想共役像I₃″の
方向と、第２共役像I₂の方向とが１点₄で交わる
ようなシヤインプルフの原理にもとずく配置にな
つている。

観察光学系４はリレーレンズ１５（第２測定光
学系ではリレーレンズ１８）の後方に配置され、
リレーレンズ１５の射出光束を２分割するハーフ
ミラー１９と、リレーレンズ１５（またはリレー
レンズ１８）で結像された第２共役像I₂を測定者
が観察するための接眼レンズ２０とから構成され
ている。

測定演算回路５は、リレーレンズ１５（第２測
定光学系においてはリレーレンズ１８）とハーフ
ミラー１９の反射により結像される角膜像I₀の第
４共役像の幅、すなわち被検眼角膜Ｃの見掛けの
厚さを測定する。測定演算回路５は例えば共役像
の幅を検出する検出手段としてチヤージカツプル
ドデバイス（CCD；Chege coupled Derice）２
１をもち、その駆動装置２２と、CCDからの検
出出力を増幅する増幅器２３と、増幅器２３で増
幅された検出出力から角膜Ｃの見掛けの厚さを測
長する測長器２４と、この測長値を記憶しておく
メモリー２５と、測定器２４からのあるいはメモ
リー２５に記憶された測長値から角膜屈折率を演
算する演算器２６と、演算器から演算結果を表示
する表示器２７と、演算結果をプリントアウトす
るプリンター２８と、可動ミラー１３駆動用のア
クチユエータ及び第１リレーレンズ、第２リレー
レンズ切換え用アクチユエータ３０並びにメモリ
ー２５のメモリー指令をつかさどる切換えスイツ
チ装置３１とから構成されている。

次に本実施例の作用を説明する。

まず、第４図のように可動ミラー１３とリレー
レンズ１５とを光路内に挿入し第１測定光学系を
形成してスリツト照明系２で被検角膜Ｃにスリツ
ト光を投影する。このスリツト光により得られた
角膜散乱光像を第１測定光学系及び観察系で観察
しながらリレーレンズ１５を図中の矢印３２の方
向に動かし、第２共役像I₂を観察しながら合焦す
る。この合焦操作によりCCD２１上に投影され
る第４共役像I₄もCCD２１上に正確に結像され
る。この結像された第４共役像をCCD２１で検
出し、測長器２４で第４共役像の幅すなわち角膜
の角度α_iから見た「見掛けの厚さ」を測定し、こ
の値を一旦メモリー２５内に記憶させる。

つぎに切換スイツチ３１を操作し、そこからの
シグナルS₁により可動ミラー駆動アクチユエータ
２９を作動させ、ミラー１３を図中の矢印３３の
方向に回転させ１３′の位置に移動させる。これ
により今までミラー１３の背面でさえぎられてい
た第２対物レンズ１６の射出光束がミラー１４に
入射出来るようになり、逆にミラー１３によりミ
ラー１４に入射していた第１対物レンズからの射
出光はミラー１４へ入射不能となる。また、スイ
ツチ３１の操作によりシグナルS₁と同時に指令さ
せるシグナルS₂によりリレーレンズ切換用アクチ
ユエータ３０を駆動し、リレーレンズ１８をリレ
ーレンズ１５のかわりに光路内に挿入し、第２測
定光学系を形成する。この第２測定光学系により
スイツチ像I₀の第２測定光学系における、すなわ
ち角度α_jにおける第４共役像I₄がCCD２１上に結
像され、CCD２１、増幅器２３、測長器２４に
より、前回と同様に角度α_jにおける「見掛けの厚
さ」が測長される。

測長器２４はその測長結果を演算回路２６に出
力すると同じに測長完了シグナルS₃を出力し、こ
れを受けた演算回路２６は前回の第１測定光学系
によるメモリー２５にバンクされていた角度α_iに
おける「見掛けの厚さ」を読み出し、この両方の
「見掛けの厚さ」から上述の(1)〜(4)式により演算
し、角膜屈折率を算定する。そしてこの算定結果
を表示器２７で表示し必要に応じてプリンター２
８でプリントアウトする。

第５図は本発明に係る角膜屈折率測定装置の第
２の実施例を示す図である。本実施例ではプレン
パラレル光学素子を使用し、その回転角度から角
膜の見掛けの厚さを測定し、その測定結果をもと
に角膜屈折率を算定するものである。

また、本実施例においては、前述の第１実施例
が角膜切断像I₀を測定する測定光学系をスリツト
投影方向に対しα_i，α_jの角度になるよう配置した
が、本実施例ではこれと同一の作用効果をもつ別
の配置としてスリツト投影方向を測定光学系に対
しα_i，α_jの角度に配置する方式をもちいている。

以下第５図を参照しながら本実施を詳説する。
なお、本実施の説明においては前述の第１実施例
と同一もしくは均等の構成要素には同一の符号を
附して説明を省略する。

スリツト照明系１は、スリツト開口８からの光
束を測定光学系２に対し角度α_iと角度α_jの２つの
方向に投影するため、互いに一体に図中の矢印１
００の方向にスイツチ１０５の指令により駆動す
るアクチユエータ１０１によつて移動する結像レ
ンズ１１と反射ミラー１０とを有している。な
お、反射ミラー１０は結像レンズ１１が１１′の
位置に移動しても投影光束を移動前と同一位置に
投影するために必要量アオル必要のあることは言
うまでもない。

角膜像I₀は測定光学系２の対物レンズ１６、反
射ミラー１７，１４により観察光学系４の接眼レ
ンズ２０の前方に共役像I₁として形成される。ま
た、ミラー１４と接眼レンズ２０との間にはプレ
ンパラレル光学素子１０２が配置されている。こ
のプレンパラレル１０２は図示してない操作ハン
ドルの操作により、光軸O₂に垂直な軸（図に対
し垂直な方向の軸）を回転軸として回転可能にな
つている。

プレンパラレル１０２にはその回転角を検出す
る角度センサ１０３が取付けられている。角度セ
ンサ１０３は増幅器１０４に接続されており、セ
ンサ１０３の検出出力はこの増幅器１０４で増幅
され角度計数器１０５に出力される。角度計数器
１０５には角膜の見掛けの厚さを算定する算定器
１０６が接続されている。算定器１０６にはメモ
リー２５、演算回路２６が接続されている、演算
器２６、表示器２７、プリンター２８が接続され
ている。

次に本実施例の作用を説明する。

まず、スリツト照明系のスリツト投影を測定光
学系に対し角度α_iの方向で投影し、これによる角
膜像I₀を対物レンズで結像し共役像I₁を作る。こ
こで対物レンズ１２の射出光束は第７図に示すよ
うなプレンパラレル１０２を通過する。第７図に
示すようにプレンパラレル１０２は固定素子１０
２ａと回転素子１０２ｂとに２分割されており、
かつ固定素子１０２ａに対し回転素子１０２ｂが
角度βだけ回転して位置していると、角膜像I₀の
共役像I₁の上側像I_1aは下側像I_1bと左右方向にず
れて観察される。この観察状態を第６図ａに示
す。つぎに、プレンパラレルの回転素子１０２ｂ
を回転している第６図ｂに示すように上側像I_1a
の後側境界線r₁と下側像の後側境界線r₂とを一致
させる。このときの回転素子の回転量θ_iを検出器
１０３で検出し角度計数器１０５で計数し一旦そ
の値をメモリー２５に記憶させる。

つぎにスイツチ１０５を作動させ、アクチユエ
ータ１０１を駆動させ、レンズ１１とミラー１０
を移動させて、角度α_jの方向にスリツト投影をす
る。以下前述と同様の操作をして、回転素子の回
転量θ_jを計数する。そして前回の計数値θ_iと今回
の計数値θ_jとから前述の第(6)、(7)式から角膜の見
掛けの厚さy_i，y_jをもとめ、このy_i，y_jから角膜
屈折率を演算する。

これら演算はすべて演算回路２６でおこなわ
れ、その演算結果は表示器２７に表示される。ま
た必要に応じてプリンター２８でプリントアウト
される。

本発明の装置は、以上に述べた２つの実施例の
構成のみに限定されるものではない。すなわち、
第１実施例における検出器としては、CCDのか
わりに撮影管を使用してもよいし、あるいは公知
の光電素子と機械的なスキヤン機構や光学的スキ
ヤン機構を組合せたものを使用してもよい。

また、測定方向の異なる第１、第２測定光学系
を２つもうけるかわりに１つの測定光学系を移動
させて測定することもできる。

また第２実施例のプレンパラレルのかわりに他
の像シフト手段を使用してもよい。

かくして本発明によれば、人眼から角膜を摘出
することなく、被検体と測定装置とを接触させた
り、媒体を介在させることなしに、簡単かつ短時
間で正確な生活下の角膜屈折率を測定することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定原理を示す図。第２図は
本発明の第１実施例の測定原理を示す図。第３図
は本発明の第２実施例の測定原理を示す図。第４
図は本発明に係わる角膜屈折率測定装置の第１実
施例を示す図。第５図は本発明に係わる角膜屈折
率測定装置の第２実施例を示す図。第６図は第２
実施例における観察像の状態を示す図。第７図は
第２実施例のプレンパラレル光学素子の回転と角
膜の関係を示す図。 １…照明系、２…測定光学系、４…観察系、５
…演算回路、２１…検出器、１０２…プレンパラ
レル光学素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物にスリツト光を照明して該被測定物
   中に光切断面を形成するスリツト光照明手段と、
   該スリツト光照明手段のスリツト照明方向と相対
   的に少なくとも２方向において前記被測定物の見
   掛けの厚さを測定する測定手段と、該測定手段か
   ら得られる異なる少なくとも２つの見掛けの厚さ
   から前記被測定物の屈折率を演算する演算手段と
   を含むことを特徴とする屈折率測定装置。 ２ 前記測定手段は前記スリツト照明光による前
   記被測定物の光切断面の光学的共役像を直接検出
   する検出手段を有していることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項記載の屈折率測定装置。 ３ 前記測定手段は前記スリツト照明光による前
   記被測定物の光切断面の光学的共役像をシフトさ
   せるシフト手段を有しており、前記見掛けの厚さ
   は該像シフト手段のシフト量から測定されること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の屈折
   率測定装置。 ４ 前記測定手段は前記検出手段に前記光学的共
   役像を結像させるための結像光学系においてはそ
   の主平面と、前記光切断面の方向と、前記光学的
   共役面とがシヤインプルフの原理にもとずく配置
   を有していることを特徴とする、特許請求の範囲
   第２項記載の屈折率測定装置。 ５ 前記像シフト手段はプレンパラレル光学素子
   から構成され、前記見掛けの厚さは該プレンパラ
   レル光学素子の回転角度から測定されることを特
   徴とする、特許請求の範囲第３項記載の屈折率測
   定装置。 ６ 前記検出手段はチヤージカツプルドデバイス
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第２項
   または第４項に記載の屈折率測定装置。 ７ 前記被測定物は生体人眼角膜であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項ないし第６項の
   いずれか１項に記載の屈折率測定装置。