JPH05277074A - 眼軸長測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 眼球の複屈折等の影響を受けることのない眼
軸長測定装置を提供することにある。 【構成】半導体レーザー１１１からの光束を直線偏光の
測定光にして、前記測定光を被検眼眼底Ｅｒ及び基準と
なる参照面１３３にそれぞれ照射すると共に、前記被検
眼眼底から反射する眼底反射光及び参照面から反射する
参照光を干渉光学系を構成するビームスプリッタ１２
１，受光光学系１７０に導光して、前記眼底反射光と前
記参照光とを干渉させ、該干渉光の作る干渉縞に基づき
眼軸長を測定する制御回路を設けると共に、半導体レー
ザー１１１と被検眼との間にλ/2波長板１２８を光軸回
りに回転操作可能に配置した眼軸長測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検眼眼底及び参照面
からの反射光束の干渉による干渉縞を観察・測定するこ
とにより、生体眼の角膜から眼底までの眼軸長を非接触
で測定する眼軸長測定装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の眼軸長測定装置としては、被検
眼角膜の装置に対する位置（角膜位置）を光学的に求
め、被検眼眼底の装置に対する位置（眼底位置）を光学
的に求めると共に、この両位置の差から眼軸長を非接触
で測定するようにしたものが考えられている。

【０００３】しかも、この眼軸長測定装置では、レーザ
ーダイオード等の光源から射出させた直線偏光光束を測
定光として被検眼眼底及び参照面に投光して、この被検
眼眼底及び参照面から反射した反射光束同士を干渉させ
て、この干渉による干渉縞を受光素子で受光し、この受
光素子からの出力信号を演算処理することにより、装置
に対する眼底位置を求めるようにしている。

【０００４】ところで、この眼軸長測定装置及び被検眼
を含む光学系において、この光学系に異常屈折等のノイ
ズが無ければ、眼底に照射され反射した測定光と参照面
で反射した参照光をそのまま干渉させれば良い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この被検眼の
眼球に複屈折性がある場合には、被検眼に入射して眼底
で反射する直線偏光の測定光が常光線と異常光線との２
つの偏光光束となるため、これら２つの偏光光束との間
で位相差が生じる。

【０００６】このため、この位相差が生じた眼底反射光
（測定光）と参照光とを干渉させた場合の干渉光の光量
は、位相差が生じない場合の眼底反射光と参照光とを干
渉させた場合の干渉光の光量に比べて、大きく減少する
ものであった。

【０００７】この結果、位相差が生じた眼底反射光（測
定光）と参照光とを干渉させた場合、受光素子が出力す
る干渉信号のコントラストが低下してしまい、正確な眼
軸長を測定することが難しくなるという問題があった。

【０００８】そこで、この発明は、上記問題点に鑑みて
為されたもので、その目的は、眼球の複屈折性がある場
合でも、この複屈折性の影響を受けることのない眼軸長
測定装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明は、光源部からの光束を直線偏光の測定光
にして被検眼眼底及び基準となる参照面にそれぞれ照射
すると共に、前記被検眼眼底から反射する眼底反射光及
び参照面から反射する参照光を干渉光学系に導光して、
前記眼底反射光と前記参照光とを干渉させ、該干渉光の
作る干渉縞に基づき眼軸長を測定する測定手段を設けた
眼軸長測定装置において、前記光源部と前記被検眼との
間にλ/2波長板を光軸回りに回転操作可能に配置した眼
軸長測定装置としたことを特徴とする。

【００１０】また、前記干渉光学系は、基準となる参照
面が被検眼角膜である。

【００１１】

【実施例】以下、この発明に係る眼軸長測定装置の実施
例を図面に基づいて説明する。

【００１２】図１は眼軸長測定装置の光学系の配置を示
したものであり、この眼軸長測定装置は、眼底距離測定
光学系（測定光学系）１００と角膜距離測定光学系２０
０とを有している。

【００１３】[1]．光学系 [眼底距離測定光学系１００]この眼底距離測定光学系１
００は、レーザー光を射出するレーザー射出光学系１１
０と、レーザー射出光学系１１０からのレーザー光を用
いて眼底位置測定用の干渉信号を得る眼底反射光測定光
学系１２０と、レーザー射出光学系１１０のレーザー光
を用いて基準干渉信号を得る基準干渉光学系１３０を有
する。

【００１４】（レーザー射出光学系１１０）レーザー射
出光学系１１０は、レーザー光を射出する半導体レーザ
ー１１１と、そのレーザー光を平行光束にするコリメー
タレンズ１１２と、反射光の半導体レーザー１１１への
入射を防止する光アイソータ１１３を有する。

【００１５】半導体レーザー１１１には、図示しない加
熱冷却板が取り付けられ、この加熱冷却板にペルチェ効
果型素子（図示せず）が取り付けられている。そして、
このペルチェ効果型素子の制御により半導体レーザー１
１１チップの温度を制御して半導体レーザ１１１の動作
を安定させるものである。

【００１６】（眼底反射光測定光学系１２０）眼底反射
光測定光学系１２０は、レーザー射出光学系１１０から
の光束を被検眼Ｅの眼底Ｅｒに照射する測定光照射光学
系，参照光学系１４０とを有する。

【００１７】この測定光照射光学系は、測定光射出光学
系１５０と，ビームスプリッタ１２１と，測定光案内光
学系１６０を有する。

【００１８】また、眼底反射光測定光学系１２０は、眼
底Ｅｒからの眼底反射光と参照光を干渉させる測定光干
渉光学系を有する。この測定光干渉光学系は、ビームス
プリッタ１２１と，受光光学系１７０を有する。

【００１９】これらの各光学系１４０，１５０，１６
０，１７０は以下のように構成されている。

【００２０】参照光学系１４０は、ビームスプリッタ１
２１で２分割された他方のレーザー光を入射するコリメ
ータレンズ１３１と，参照ミラー１３３とを備えてい
る。

【００２１】測定光射出光学系１５０は、レーザー射出
光学系１１０からのレーザー光を直線偏光にする偏光子
１１４，集光レンズ１１５，空間フィルタ１１６を有す
る。この偏光子１１４は、光学系１５０の光軸回りにパ
ルスモータＭ１で回転駆動制御可能に設けられている。

【００２２】測定光案内光学系１６０は、ビームスプリ
ッタ１２１，コリメータレンズ１２２，屈折力補正レン
ズ１２３，ダイクロイックミラー１２４ 、対物レンズ
１２５ および光軸を軸として回転可能に設置したλ/2
波長板１２８を有する。ダイクロイックミラー１２４
は、レーザー光波長を反射させ、その他の波長光を透過
するように設計されている。このλ/2波長板１２８は、
光学系１６０の光軸回りにパルスモータＭ２で回転駆動
制御可能に設けられている。

【００２３】受光光学系１７０は、絞り１４１と、検光
子１４２と、結像レンズ１４３と、受光器１４４とを備
えている。検光子１４２は、光学系１７０の光軸回りに
パルスモータＭ３で回転駆動制御可能に設けられてい
る。

【００２４】（基準干渉光学系１３０）基準干渉光学系
１３０は、ビームスプリッタ１５１で２分割された一方
のレーザー光を２分割するビームスプリッタ１５２と、
その２分割された一方のレーザー光をビームスプリッタ
１５２へ向けて反射させる全反射ミラー１５３と、その
２分割された他方のレーザー光をビームスプリッタ１５
２へ向けて反射させる全反射ミラー１５４と、全反射ミ
ラー１５３,１５４で反射されたレーザー光による干渉
光を受光する受光器１５５等とを有している。そして、
ビームスプリッタ１５１から全反射ミラー１５３までの
距離と、ビームスプリッタ１５１から全反射ミラー１５
４までの距離との光路差である基準光路差（Ｌ１−Ｌ
２）は眼軸長Ｌｅｙｅより十分長く設定されている。 [角膜距離測定光学系２００]角膜距離測定光学系２００
は、リング照明光学系２０１と、第１結像光学系２１０
と、第２結像光学系２２０とを有している。

【００２５】第１結像光学系２１０は、対物レンズ１２
５と、ハーフミラー２０２と、リレーレンズ２１１と、
ミラー２１２と、リレーレンズ２１３と、絞り２１４
と、結像レンズ２０４と、２次元撮影素子２０５等とを
備えている。

【００２６】第２結像光学系２２０は、対物レンズ１２
５と、ミラー２２１,２２２と、リレーレンズ２２３
と、ミラー２２４と、絞り２２５と、ハーフミラー２０
３と、結像レンズ２０４と、２次元撮像素子２０５等と
を有している。

【００２７】[2]．制御回路 図２において、駆動制御回路３０１は、半導体レーザー
１１１を駆動制御すると共に、トリガ回路３０２を制御
する。

【００２８】このトリガ回路３０２は、受光器１５５か
らアンプ３０３を介して出力される受光信号Ｓ２の１周
期毎に図３の（ｅ）に示すようにトリガ信号Ｓgを出力
していく。

【００２９】そして、受光器１４４からアンプ３０５を
介して出力される受光信号Ｓ1をトリガ回路３０２から
出力されるトリガ信号ＳgのタイミングでＡ／Ｄ変換器
３０４がＡ／Ｄ変換していく。

【００３０】３０６はＡ／Ｄ変換器３０４によってＡ／
Ｄ変換されたデジタル値を記憶していくメモリで、図３
の（ｆ）に示すように、信号Ｓ1の振幅値に応じたデジ
タル値を記憶していく。このメモり２０６の記憶データ
は演算制御装置３０７により読み取られる。

【００３１】一方、イメージセンサである２次元撮像素
子２０５からは画像信号が出力され、この画像信号はフ
レームメモリ３１１に入力されて画像データとして記憶
され、このフレームメモリ３１１の記憶内容は演算制御
装置３０７により読み取られる。

【００３２】そして、演算制御装置３０７は、メモリ３
０６，３１１に記憶されたデータに基づいて、後述する
ように眼軸長を求める。

【００３３】また、パルスモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、
演算制御装置３０７を介して同期駆動制御可能に設けら
れている。

【００３４】[3]．眼底距離測定光学系１００及び制御
回路の機能 いま、半導体レーザー１１１からレーザー光が射出され
てコリメータレンズ１１２および光アイソレータ１１３
を介してビームスプリッタ１５１に到達し、ここでレー
ザー光が２分割され、この２分割された他方のレーザー
光が偏光子１１４によって直線偏光にされて、集光レン
ズ１１５,空間フィルタ１１６を介してビームスプリッ
タ１２１に達する。

【００３５】ビームスプリッタ１２１では入射した直線
偏光のレーザー光を２分割し、この２分割された一方の
測定レーザー光は、コリメータレンズ１２２,屈折力補
正レンズ１２３,ダイクロイックミラー１２４,対物レン
ズ１２５,１/２波長板１２８を介して眼底Ｅrに集光さ
れ反射する。

【００３６】この反射した反射測定レーザー光（眼底反
射光）は、１/２波長板１２８，対物レンズ１２５,ダイ
クロイックミラー１２４,屈折力補正レンズ１２３,コリ
メータレンズ１２２を介してビームスプリッタ１２１に
達する。

【００３７】一方、ビームスプリッタ１２１で２分割さ
れた他方の測定レーザー光は、コリメータレンズ１３１
を介して参照ミラー１３３に達し、参照光として反射さ
れる。この反射した反射測定レーザー光（参照光）は、
コリメータレンズ１３１を介してビームスプリッタ１２
１に達する。

【００３８】そして、両反射測定レーザー光は、干渉光
学系の一部であるビームスプリッタ１２１で合成された
後、干渉光学系の一部である受光光学系１７０へ入射
し、コリメータレンズ１２２,１３１により受光光学系
１７０の絞り１４１に集光され、この絞り１４１によっ
て眼底Ｅrおよび参照ミラー１３３以外で反射した反射
光が除去される。この際、両反射測定レーザー光すなわ
ち眼底反射光と参照光は干渉させられる。

【００３９】この絞り１４１を通過した干渉光は、検光
子１４２に達し、一致する偏光成分のみの光を透過する
ので、干渉光のみが受光器１４４に受光され、有害光は
除去されることとなる。

【００４０】受光器１４４に受光される干渉光は、ビー
ムスプリッタ１２１から眼底Ｅrまでの光路長Ｌtとビー
ムスプリッタ１２１から参照面１３３までの光路長Ｌr
の差の２倍の位相差を持つ。

【００４１】ここで、半導体レーザー１１１から射出さ
れるレーザー光の波長をある範囲で変化させたときの受
光器１４４,１５５の出力信号を以下に示す原理に基づ
いて処理すると、基準面３００から眼底Ｅrまでの距離
(Ｌt−Ｌr)を求めることができる。以下、その原理を説
明する。

【００４２】干渉光学系１２０のビームスプリッタ１２
１から眼底Ｅｒまでの往復光路と、ビームスプリッタ１
２１から参照面１３３までの往復光路の光路差は、参照
面１３３の作る基準面３００から眼底Ｅrまでの距離Ｌt
−Ｌrの２倍となる。

【００４３】基準干渉光学系１５０の基準光路の光路差
をＬ＝２（Ｌ１−Ｌ２）、レーザー光の波長をλ、波長
変化量を△λとすると（Ｌは一定）、初期の受光器１５
５での位相差は２π（Ｌ／λ）、波長変化後の位相差は
２π｛Ｌ／（λ＋△λ）｝であり、波長を連続的に変化
させることにより、位相差が２π（Ｌ／λ）から｛Ｌ／
（λ＋△λ）｝へ連続的に変化する。ここで、λ》△λ
とすると、波長変化後の位相差は、２π（Ｌ／λ−Ｌ△
λ／λ²）と表わせ、位相差の変化は、２π（Ｌ△λ／
λ²）となり、波長変化により受光器１５５で観測する
干渉縞の強度が周期的に変化する。

【００４４】同様に、受光器１４４では、位相差の変化
が２π｛２（Ｌt−Ｌr)△λ／λ²｝となり、受光器１４
４で観測される干渉縞の強度が変化する。これら周期的
に変化する強度の信号から眼軸長を算出する。

【００４５】受光器１４４での位相差の変化をφ１、受
光器１５５での位相差の変化をφ２とすると、 φ１＝２π｛２(Ｌt−Ｌr)△λ／λ²）…（Ａ） φ２＝２π（Ｌ△λ／λ²） …（Ｂ） となる。これらより、△λ／λ2を消去すると、 Ｌt−Ｌr＝Ｌ・φ１／２φ２ …（Ｃ） となり、受光器１４４,１５５で得られる信号の位相差
の変化量を求めることによりＬt−Ｌrが算出できる（Ｌ
は既知）。

【００４６】次に、波長変化と信号処理について説明す
る。

【００４７】半導体レーザー１１１はパルス（図３の
（ａ）参照）状に駆動される。半導体レーザーをONにす
ると、半導体レーザー１１１チップの温度が上昇してい
き、その温度が平衡に達するまでに時間がかかる。そし
て、半導体レーザー１１１チップの温度が変化すると発
振波長が変化し、温度と波長の関係はモードホップの起
こる位置以外では１対１に対応する。すなわち、半導体
レーザー１１１をONにすると半導体レーザー１１１チッ
プの温度変化が起こり、付随して射出レーザー光の波長
変化が起こる。

【００４８】この温度変化は、図３の（ｂ）に示すよう
に、発振開始直後の変化が急激で、次第に収斂してい
く。一定時間後、半導体レーザー１１１をOFFして温度
を元の状態に復帰させると共にレーザー光の照射を停止
する。パルス幅をうまく設定すれば、波長変化の再現性
が得られる。例えば１ＫＨz程度の速さで半導体レーザ
ー１１１を矩形駆動させると、温度変化に対して波長が
変化する主要部分の利用ができ、しかも再現性もある。

【００４９】半導体レーザー１１１は、モードホップ間
隔が波長変化幅より広いものを使用し、パルス期間の温
度変化の間にモードホップが起きないように、半導体レ
ーザー１１１の基準温度、つまり基準波長を図２に示す
駆動制御回路３０１により図示しないペルチェ素子で制
御しておく。つまり、レーザー光の基準波長を制御して
おく。

【００５０】この温度変化に対し、発振出力の変化（矩
形入力を加えONした時に出力が安定するまでに過渡期間
があり、その過渡期間である出力変動部分は図３の
（ａ）において省略してある。）は非常に早く収束する
からパルス期間での強度変化はほとんど無いと言える
（従って、実際にはこの過渡期間を過ぎた時点から利用
する）。ただし、この時の波長変化は直線的でなく、初
めに大きく変化し次第に変化量が小さくなる。従って、
得られる信号の周波数は、初期で非常に高く時間の経過
とともに次第に低下していく。

【００５１】図３の（ｃ）（ｄ）から分かるように、受
光器１４４,１５５から出力される受光信号Ｓ１,Ｓ２の
周波数も初期期間で高く、時間の経過とともに次第に低
下していく。従って、図３の（ｃ）（ｄ）に示す信号Ｓ
１,Ｓ２をそのまま一定周波数のトリガーを用いてＡ／
Ｄ変換器３０４でＡ／Ｄ変換し、これをデータとする
と、初期期間では周波数が高く、時間の経過とともに次
第に周波数が低下する信号として記録されてしまい、そ
のままでは、そのデータから信号の周期を正確に算出す
ることはできない。

【００５２】いま（Ｃ）式を変形すると、 ２(Ｌt−Ｌr)／Ｌ＝φ１／φ２ …（Ｄ） となる。

【００５３】これは、基準光路と測定光路の位相差変化
の比がそのまま光路差の比になっていることを意味す
る。つまり、波長がある量変化すると、位相差の変化は
光路差に比例するから、基準光路の信号(受光器１５５
の信号)と測定光路の信号(受光器１４４の信号)を比較
すると、同じ時点ではいつも位相変化の比は光路差の比
になっている。これは、半導体レーザー１１１の波長が
連続的であればどのように変化しても成り立つ。そこ
で、基準光路の光路差を、測定光路に対して十分長く
し、その基準光路からの干渉信号をトリガ信号として測
定光路の干渉信号をサンプリングし、そのサンプリング
したデータを順に並べてやれば、見かけ上等周期の信号
が得られる。

【００５４】つまり、基準光路からの干渉信号一周期毎
に一個のトリガ信号を発生させ、このトリガ信号によっ
て測定信号をサンプリングし、メモリ３０６に書き込ん
でいくことは、不定周期のトリガを等間隔のメモリアド
レスに置き換えて考えることを意味する。測定信号周期
とトリガ周期の比は一定であるからメモリ３０６上の信
号は等周期信号になるのである。このように、各パルス
毎に信号をメモリ３０６に記憶していく。

【００５５】次に、メモリされたデータから周期解析を
行なうわけだが、現実の信号には電気的なノイズが乗っ
ているから、複数パルスについて、例えば１２８パルス
について平均してランダムノイズの除去を行い、周期解
析を行なう。

【００５６】ここで求まる周期Ｔは、信号のトリガに対
する比φ１／φ２＝Ｔを意味するから、周期Ｔを求める
ことにより（Ｄ）式から直ちにＬt−Ｌrが求まる。実際
には、眼球内部の異なる反射面からの反射光による信号
も乗っているので、周期解析時に選別する。

【００５７】図２は、上記の方法によって光路長Ｌt−
Ｌrを求める信号処理回路の構成を示したブロック図で
ある。

【００５８】以下、その構成と作用を図３に示す波形を
参照しながら説明していく。

【００５９】図２において、３０１は半導体レーザー１
１１にパルス電流（図３の（ａ）参照）を供給して半導
体レーザー１１１を駆動させるとともに図示しないペル
チェ効果形素子によって半導体レーザー１１１チップの
温度を制御する駆動制御回路、３０２はトリガ回路で受
光器１５５からアンプ３０３を介して出力される受光信
号Ｓ２の１周期毎に図３の（ｅ）に示すようにトリガ信
号Ｓgを出力していく。そして、受光器１４４からアン
プ３０５を介して出力される受光信号Ｓ1をトリガ回路
３０２から出力されるトリガ信号ＳgのタイミングでＡ
／Ｄ変換器３０４がＡ／Ｄ変換していく。

【００６０】３０６はＡ／Ｄ変換器３０４によってＡ／
Ｄ変換されたデジタル値を記憶していくメモリで、図３
の（ｆ）に示すように、信号Ｓ1の振幅値に応じたデジ
タル値を記憶していく。

【００６１】そして、演算制御装置３０７がメモリ３０
６に記憶されたデータに基づいて周期解析を行なって周
期Ｔを求め、この周期Ｔから（Ｄ）式により光路長Ｌt
−Ｌrを演算する。

【００６２】この際、演算制御装置３０７は、駆動パル
スによりパルスモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を同期させて駆
動制御することにより、偏光子１１４，λ/2波長板１２
８，検光子１４２を各光軸回りに同期回転させる。

【００６３】しかも、この際、被検眼に複屈折がある場
合には、複屈折性により図３（ｆ）の信号の振幅が変化
する。そして、λ/2波長板１２８を透過した測定光の直
線偏光方向が複屈折性の被検眼の光学軸と一致したとき
に、図３（ｆ）の信号の振幅が最大になる。

【００６４】従って、演算制御装置３０７は、信号Ｓ1
の振幅が最大になったときのディジタル値をメモリ３０
６から読み取って、この値を基に上記光路長Ｌt−Ｌrを
演算する。

【００６５】この際、所定駆動パルス毎に即ち偏光子１
１４，λ/2波長板１２８，検光子１４２の所定回転角度
毎に、図３（ｆ）の信号振幅と回転角度を図示しないメ
モりに記憶させ、振幅最大の回転角度に改めて設定する
ことができる。

【００６６】[4]．角膜距離測定光学系２００及び制御
回路の機能 一方、角膜距離測定光学系２００のリング照明光学系２
０１が被検眼角膜Ｅaにメリジオナル断面が平行光であ
るようなリング状のパターン光を照明すると、角膜Ｅa
で反射される反射光により角膜Ｅaの内側にリング虚像
Ｉが形成される。このリング虚像Ｉを形成する虚像反射
光は、対物レンズ１２５およびダイクロイックミラー１
２４を通過してハーフミラー２０２に達し、ここで２分
割される。２分割された一方の虚像反射光はリレーレン
ズ２１１によりリング状の空中像Ｉaとして結像され
る。そして、ミラー２１２,リレーレンズ２１３,絞り２
１４,ハーフミラー２０３,結像レンズ２０４を介して２
次元撮像素子２０５の受光面２０５aに、図４に示すよ
うに、リング像Ｉ1が形成される。ここでは、このリン
グ像Ｉ1の結像倍率は、０.５倍とする。

【００６７】ハーフミラー２０２で分割された他方の虚
像反射光は第２結像光学系２２０のミラー２２１に達
し、ここで反射されてミラー２２１の後方に対物レンズ
１２５によりリング状の空中像Ｉbが結像される。そし
て、ミラー２２２,リレーレンズ２２３,ミラー２２４,
絞り２２５,ハーフミラー２０３,結像レンズ２０４を介
して２次元撮影素子２０５の受光面２０５aに、図４に
示すように、リング像Ｉ2が形成される。ここでは、こ
のリング像Ｉ2の結像倍率は、リングＩ1の結像倍率より
大きく設定されている。

【００６８】ところで、絞り２１４は第２絞りとしての
役割を果たし、リレーレンズ２１３,２１１により対物
レンズ１２５の後方焦点位置にリレーされ、共役像２１
４´がその位置に形成される。なお、第１結像光学系２
１０は物側にテレセントリックとなっている。

【００６９】絞り２２５は第１絞りとしての役割を果た
し、リレーレンズ２２３によって被検眼Ｅの前方（対物
レンズ１２５の前方）にリレーされ、ここでは共役像２
２５´が被検眼の前方２５〜５０mmの箇所に形成され
る。

【００７０】ここで、対物レンズ１２５と絞り２１４,
２２５との関係を、模式的に示す図５および図６を参照
しつつ説明する。

【００７１】図５および図６は第２結像光学系２２０の
光路および第１結像光学系２１０の光路を表わす。

【００７２】いま、絞り２２５の共役像２２５´が形成
される光軸Ｏ上での位置を原点Ｇとして、原点Ｇから光
軸方向に距離Ｌ1だけ離れた箇所に基準位置Ｙを定め
る。この基準位置Ｙはリング像Ｉ1,Ｉ2（図４参照）の
どちらもピンボケしない位置に決める。そして、この基
準位置Ｙに物体高がｈの物体（リング像Ｉの半径に相
当）を置く。このとき、第２結像光学系２２０によって
受光面２０５a（２次元撮像素子２０５の位置）に形成
される像高をｙ1、第１結像光学系２１０によって受光
面２０５aに形成される像高をｙ2とする。次に、この既
知の物体を距離Ｘ0だけ移動させ、この時の像高ｙ1´,
ｙ2´とする。

【００７３】また、受光面２０５aから点Ｚまでの距離
をＬa´とし、基準位置ＹからＺ´までの距離をＬb、絞
り２１４´から受光面までの距離をＬb´とする。さら
に、第１および第２結像光学系２１０,２２０の対物レ
ンズ１２５による各倍率をβ1,β2とする。

【００７４】すると、以下の式が得られる。

【００７５】 ｈ／Ｌa＝（ｙ1・β1）／Ｌa´ …（１） ｈ／（Ｌa＋Ｘ0）＝（ｙ1´・β1）／Ｌa´ …（２） ｈ／Ｌ2＝ｙ2／（β2・Ｌb´） …（３） ｈ／（Ｌ2＋Ｘ0）＝ｙ2´／（β2・Ｌb´） …（４） （１）,（２）式において角倍率β1、距離Ｌ1,Ｌ1´が
定数であるとして、 Ｋ1＝（β1・Ｌa）／Ｌa´ Ｋ2＝β1／Ｌa´ と置くと、（１）,（２）式は、以下の式に変形され
る。

【００７６】 ｈ＝Ｋ1・ｙ1 …（５） ｈ＝Ｋ1・ｙ1´＋Ｋ2・ｙ1´・Ｘ0 …（６） また、（３）,（４）式において角倍率β2、距離Ｌb,Ｌ
b´が定数であるとして、 Ｋ3＝Ｌb／（β2・Ｌb´） Ｋ4＝１／（β2・Ｌb´） と置くと、（３）,（４）式は、 ｈ＝Ｋ3・ｙ2 …（７） ｈ＝Ｋ3・ｙ2´＋Ｋ4・ｙ2´・Ｘ0 …（８） となる。

【００７７】ここで、定数Ｋ1,Ｋ2,Ｋ3,Ｋ4は、物体高
ｈ、像高ｙを実測することにより求まる。

【００７８】すなわち、（５）,（６）式を変形するこ
とにより、下記の式が得られる。

【００７９】 Ｋ1＝ｈ／ｙ1 …（９） Ｋ2＝（ｈ／ｙ1）・（ｙ1−ｙ1´）／（ｙ1´・Ｘ0） …（１０） Ｋ3＝ｈ／ｙ2 …（１１） Ｋ4＝（ｈ／ｙ2）・（ｙ2−ｙ2´）／（ｙ2´・Ｘ0） …（１２） こうして、既知の物体の物体高ｈとその像高とを実測す
ることにより、定数Ｋ1,Ｋ2,Ｋ3,Ｋ4を求めておく。

【００８０】次に、像高ｈ、基準位置Ｙからの距離Ｘが
未知の場合の測定について説明する。この場合には、
（2）,（4）式において、距離Ｘ0の代わりに距離Ｘとお
く。また、ｙ1´,ｙ2´をｙ1,ｙ2に置き換える。

【００８１】すると、下記の式が得られる。

【００８２】 ｈ＝Ｋ1・ｙ1＋Ｋ2・ｙ1・Ｘ …（１４） ｈ＝Ｋ3・ｙ2＋Ｋ4・ｙ2・Ｘ …（１５） 上記の連立方程式を、距離Ｘおよび物体高ｈについて解
くと、 Ｘ＝（Ｋ3・ｙ2−Ｋ1・ｙ1）／（Ｋ2・ｙ1−Ｋ4・ｙ2）…（１６） ｈ＝Ｋ1・ｙ1＋Ｋ2・ｙ1・Ｘ ＝（Ｋ2・Ｋ3−Ｋ1・Ｋ4）ｙ1・ｙ2／（Ｋ2・ｙ1−Ｋ4・ｙ2）…（１７） となる。Ｋ1〜Ｋ4は決定されているから、像高ｙ1,ｙ2
を測定することによって、基準位置Ｙから物体までの距
離を測定できることになる。

【００８３】次に、角膜曲率半径ｒとその頂点位置の測
定について図７を参照しながら説明する。

【００８４】図７において、リング像Iの半径（楕円近
似した場合の楕円の長径または短径）を物体高ｈとす
る。このとき、物体高ｈはメリジオナル光線によって決
定される。リング像の直径が３mm程度であるとすると、
角度φは20°程度となり、下記に示す近軸計算式を使う
ことができない。

【００８５】ｈ＝（ｒ・sinφ）／２ そこで、距離Ｌbを十分に大きくとって、角度φが常に
一定となるようにし、物体高ｈとして絞り２２５を通る
第２結像光学系２２０で測定されたものを使用すれば、
下記の反射法則に基づく式を用いることができる。

【００８６】ｈ＝ｒ・sin（φ／２） これを変形すれば、 ｒ＝ｈ／sin（φ／２） …（１８） となる。

【００８７】絞り２１４を通る光線と絞り２２５を通る
光線が為す角度が大きくならない程度に距離Ｌaを設定
すれば、（１７）式によって得られた物体高ｈを上記
（１８）式に用いても大きな誤差は無いと考えられるか
ら、角膜頂点ＥPの位置は基準位置Ｙからの距離Ｐｘと
して、 Ｐｘ＝Ｘ−（ｒ−ｈ／tanφ） …（１９） となる。この角膜頂点位置の計算式（１９）は、球面の
光軸上にリング像が乗っている事が前提であるから、球
面収差の影響を受けるが、実験値に基づき補正すれば良
い。

【００８８】したがって、２次元撮像素子２０５に形成
されるリング像Ｉ1,Ｉ2の径から距離Ｐｘを求めること
ができる。

【００８９】この演算は、２次元撮像素子２０５に形成
されるリング像Ｉ1,Ｉ2のデータをフレームメモリ３１
１（図２参照）に記憶させ、このフレームメモリ３１１
のデータに基づいて演算制御装置３０７によって行なう
ものである。

【００９０】なお、図７において、Ｏ´は角膜曲率中
心、Ａ1,Ａ2は角膜Ｅaを球面と見なした時の球面の法
線、Ａ3は角膜Ｅaへの入射光線である。

【００９１】図８は、このようにして求めた眼底距離と
角膜頂点距離および眼軸長の関係を示したものである。
前述の基準位置Ｙと参照ミラー１３３が一致している場
合を示す。 [5]眼軸長の決定 そして、干渉法によって求めた光路長Ｌt−ＬrよりＰｘ
を引けば、眼軸長を空気換算した値Ｌeyeを求めること
ができる。基準位置Ｙと参照ミラー１３３が一致しない
場合は、予めその差を求めておき、計算時に補正すれば
よい。Ｌeyeが求まれば、これを眼球の平均屈折率で割
ることにより眼軸長を計算することができる。これらの
演算も演算制御装置３０７によって行なうものである。

【００９２】そして、演算制御装置３０７は演算した演
算結果を図示しないディスプレイに表示させたりプリン
タによって印字させたりする。

【００９３】次に、発明のポイントについて示す。

【００９４】この測定光学系では、直線偏光した測定光
を被検眼底に照射して測定を行なっている。この時、実
際の眼球には複屈折性があり、その光学軸がλ/2波長板
128を設けなかった時の測定光の偏光方向と一致してい
ない場合、眼球に入射して眼底で反射した反射光は、複
屈折の光学軸とその直交方向とで位相差が生じ、反射光
は直線偏光として得られず楕円偏光になってしまう。

【００９５】この楕円偏光を参照面から反射した直線偏
光と干渉させた場合、干渉する眼底反射光は前記参照面
から反射した直線偏光方向の成分であり、前述のように
位相差を持った2偏光による位相成分が混ざり合うか
ら、複屈折性が無い場合に比べ干渉信号のコントラスト
低下をもたらす。

【００９６】そこで、本発明では、上述したように光源
部（半導体レーザー１１１）と被検眼Ｅの間にλ/2波長
板１２８を、光軸を軸として回転可能に配置し、該波長
板の結晶軸の方向を調節して眼球に照射する測定光の偏
光方向を被検眼球の複屈折の光学軸に一致させるように
した。

【００９７】すなわち、λ/2波長板１２８は、その結晶
軸方向と波長板に入射する測定光の偏光方向とがなす角
度の2倍だけ、波長板を通過した測定光の偏光方向を回
転させることができるから、この性質を利用して測定光
の偏光方向を調節して、被検眼球の複屈折の光学軸に一
致させて照射する。

【００９８】こうすれば、測定光は複屈折による位相ず
れを起こさずに被検眼底に達し、被検眼底で反射され
る。そして、反射光を再度λ/2波長板に通してやれば、
再度偏光方向が回転され、反射光は測定光と同一の偏光
方向となって受光器１４４に達する事になる。

【００９９】よって、被検眼眼底で反射した光束と、参
照面によって反射した光束は同一の偏光方向を持つこと
になり、これらを干渉させた時、より効率的な干渉信号
を得る事が可能になる。実際には、眼底で反射する際に
若干偏光が崩れるので受光器の前に検光子を配置して崩
れた偏光分を除去する。そして、干渉信号のコントラス
トが最大になるよう、λ/2波長板１２８を回転させて調
節する。

【０１００】眼球の複屈折は2つの光学軸方向の偏光に
対し異なる屈折率を示す事だから、この発明の場合、各
光学軸に合わせた偏光を用いた2回の測定では測定結果
が異なる点に注意し、眼軸長算出の際には、この複屈折
性も考慮した平均の眼球屈折率を利用する必要がある。

【０１０１】ここには、眼底反射を参照面反射と干渉さ
せて、その光路差すなわち基準となる参照面と眼底との
間の距離を測定しているが、測定手段はこれに限らず、
例えば、可干渉距離の短い測定光を用いて、さらに参照
面１３３を光軸方向に移動可能に構成し、ビームスプリ
ッタ121から眼底までの光路長とビームスプリッタ121か
ら参照面までの光路長を一致させた時に得られる干渉信
号を利用して参照面の位置を決め、その位置から眼底ま
での距離を測定する方法に利用する事も可能である。さ
らに、眼底反射光と干渉させる光束を、参照ミラーから
の反射でなく、角膜の反射を利用する場合でも同じであ
る。

【０１０２】ここに示した実施例は、いずれも光源に直
線偏光を射出する光源を用いてやれば、偏光子114を省
略できる。

【０１０３】

【効果】この発明は、以上説明したように構成したの
で、眼球の複屈折性がある場合でも、この複屈折性の影
響を受けることなく、眼軸長を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わる眼軸長測定装置の光学系の配
置関係を示した光学配置図

【図２】眼軸長を演算する制御系の構成を示したブロッ
ク図、

【図３】上記制御系の各回路から出力される信号波形等
を示した説明図、

【図４】２次元撮像素子の受光面に形成されるリング像
を示した説明図、

【図５】角膜距離測定光学系の第２結像光学系の絞りと
対物レンズを模式的に示した説明図、

【図６】角膜距離測定光学系の第１結像光学系の絞りと
対物レンズとを模式的に示した説明図、

【図７】角膜曲率半径とその頂点位置の測定を説明する
説明図、

【図８】眼底距離と角膜頂点距離および眼軸長の関係を
示した説明図、

【符号の説明】

１１１…半導体レーザー（光源部） １２１…ビームスプリッタ（干渉光学系の一部） １２８…λ/2波長板 １３３…参照面 １７０…受光光学系（干渉光学系の一部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部からの光束を直線偏光の測定光に
   して被検眼眼底及び基準となる参照面にそれぞれ照射す
   ると共に、前記被検眼眼底から反射する眼底反射光及び
   参照面から反射する参照光を干渉光学系に導光して、前
   記眼底反射光と前記参照光とを干渉させ、該干渉光の作
   る干渉縞に基づき眼軸長を測定する測定手段を設けた眼
   軸長測定装置において、 前記光源部と前記被検眼との間にλ/2波長板を光軸回り
   に回転操作可能に配置したことを特徴とする眼軸長測定
   装置。
2. 【請求項２】 前記干渉光学系が、基準となる参照面が
   被検眼角膜であることを特徴とする請求項１に記載の眼
   軸長測定装置。