JPH1132995A - 眼球機能測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系部分を小型化しながら、被験者の眼球
調節状態、眼球運動、瞳孔反応を実時間で連続的に測定
する。 【解決手段】 光源部４から出射される近赤外光で、被
験者の被験眼２を照明して、この被験眼２の眼底反射光
像、眼球光像を取り込むとともに、非点収差光学系８に
よって被験眼２の眼底反射光像を非点収差特性で、ビデ
オカメラ装置９の撮像素子２２上に結像させ、測定装置
１０によって、撮影処理で得られた眼底反射光像の縦横
比に基づき、被験眼２の調節応答を測定させ、さらに撮
像光学系５によって、被験眼２の眼球光像をビデオカメ
ラ装置６の撮像素子１８上に結像させ、測定装置７によ
って、撮影処理で得られた眼球光像の瞳孔面積、動きな
どを測定させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、眼球の機能を測定
する装置に係わり、特に被験者の視機能を妨害せずに眼
球の３大機能（眼球運動、瞳孔反応、焦点調節）を他覚
的に実時間で連続的に測定する眼球機能測定装置に関す
る。

【０００２】［発明の概要］本発明は、眼球の焦点調節
（以下、「調節」）の状態をフォトレフラクション法を
用いて測定する装置に関するもので、被験眼を近赤外光
で照明し、眼底からの反射光を非点収差を有する光学系
を用いたビデオカメラ装置で撮像し、反射光像の２つの
収差軸方向、それぞれの径の比率（以下簡単のため「縦
横比」と記す）を画像から自動計測して被験眼の屈折状
態を求めることにより、被験者の視機能を妨害せずに実
時間で連続的に測定しながら、通常の撮像装置で、前記
被験眼を撮影して、瞳孔像の面積、眼球の回転角度を測
定することにより、眼球の３大機能（眼球運動、瞳孔反
応、焦点調節）を両眼について、同時に、実時間で、連
続的に測定し得るようにしたものである。

【０００３】

【従来の技術】眼球の光像をビデオカメラを用いて撮影
し、画像計測技術により、眼球運動、瞳孔反応を測定す
る方法については、既に広く用いられている。

【０００４】また、眼球の焦点調節については、従来の
実時間測定が可能な方式では、畑田、「続・生理光学
８、視覚の検査法II２．屈折・調整測定法（２）」O pl
us E,No.177,pp120-126(1989) に述べられている、細い
２本の測定光ビームを、１点を固視させた被験眼の瞳孔
に入射させ、その眼底からの反射光をとらえて光源と受
光素子が光学的に共役になる位置から水晶体の調節状態
を測定するオプトメータと呼ばれる装置が主に用いられ
ていた。

【０００５】また、固視の必要の無い装置としては、Ta
keda et.al.ゝhree-Dimensional OptometerIII"Appl.Op
t.,Vol.32,No.22,pp4155-4168(1993) に述べられてい
る、可動光学系を用いて被験眼の動きを追尾する装置が
開発されているが、この報告例では、眼球の３大機能が
同時に測定できる（但し、単眼、もう一方は眼球運動の
み）が、これは大口径の凹面鏡とガルバノミラー（電気
信号により向きを変える鏡）とを組み合わせた光学系お
よび制御装置を用いるので、装置規模がかなり大きくな
る。

【０００６】また、非点収差等によるフォトレフラクシ
ョンを用いた測定法では、眼底反射光像を写真またはフ
レームメモリに記録した後、その寸法を手作業で計測し
ていた。この方法については、Howland et.al.＾ptics
of photorefraction:orthogonal and isotropic method
s"JOSA Vol.73,No.12,pp1701-1708(1983)、Howland et.
al. 、ccommodation in infants as measured by photo
refraction" Vision Research Vol.27,No.12,pp2141-21
52(1987) などに述べられている。

【０００７】また、面光源とナイフエッジ法を用いたフ
ォトレフラクションは、福間他「面光源・ナイフエッジ
法による眼屈折力測定」光学 Vol18.No10(1989) に述べ
られている。面光源（実際には、発光ダイオードを多数
並べる）で被験眼を照明し、眼底からの測定光の反射を
撮影すると、瞳孔が明るく映るが、このとき、撮影レン
ズ中にナイフエッジを置くと、この瞳孔の明るさに勾配
が生じる。これは、ナイフエッジを通過する光束の太
さ、すなわち被験眼の調節状態に依存するので、この明
るさの勾配を測定することにより、調節状態を測定する
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実時間で測
定が可能なオプトメータ方式では、装置規模が比較的大
きくなり、また常に細い測定光ビームを被験眼瞳孔に入
射させねばならないため、被験者に固定された視標を注
視させて、被験眼を固定させるか、さらに大規模な可動
光学系を用いて被験眼の動きを追尾せねばならなかっ
た。また、後者の例では、一方の眼について、眼球の３
大機能を同時に測定できるものの、他方の目について
は、眼球運動のみしか測定することができない。

【０００９】一方、従来の非点収差フォトレフラクショ
ン法では、非点収差像を写真またはフレームメモリに記
録した後、手作業で計測していたので実時間で連続的な
測定ができなかった。

【００１０】また、ナイフエッジ方式では、面光源を用
いるので光源のサイズ、消費電力がある程度大きくなら
ざるをえなかった。

【００１１】また、これらの各調節測定方法において
は、眼球運動、瞳孔反応を同時に測定する方法につい
て、何らの報告もなされていない。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑み、請求項１で
は、眼球の追尾を不要にして、光学系部分を被験者の頭
部に装着可能な程度まで、小型化し、これによって被験
者の頭部を拘束することなく、被験者の眼球調節状態、
眼球運動、瞳孔反応を同時に測定することができる眼球
機能測定装置を提供することを目的としている。

【００１３】また、請求項２では、被験者の前方にある
指標などを被験者に見せながら、被験者の頭部を拘束す
ることなく、被験者の眼球調節状態、眼球運動、瞳孔反
応を同時に測定することができる眼球機能測定装置を提
供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、請求項１では、被験眼の眼底反射光像を
非点収差特性で、集光させる非点収差光学系と、この非
点収差光学系によって集光された眼底反射光像を映像信
号に変換する眼底像撮影装置と、この眼底像撮影装置に
よって得られた映像信号を画像処理して、前記眼底反射
光像の縦横比を求めるとともに、この縦横比に基づき、
被験眼の調節状態を求める焦点測定装置と、前記被験眼
の眼球光像を集光させる撮像光学系と、この撮像光学系
によって集光された前記被験眼の眼球光像を映像信号に
変換する眼球像撮影装置と、この眼球像撮影装置によっ
て得られた映像信号を画像処理して、前記眼球の回転角
度、瞳孔の面積のうち、少なくとも１つ以上を求める眼
球状態測定装置とを備えたことを特徴としている。

【００１５】上記の構成において、非点収差光学系で
は、被験眼の眼底反射光像が非点収差特性で集光され
る。集光された眼底反射光像は眼底像撮影装置によって
映像信号に変換される。焦点測定装置では眼底像撮影装
置で得られた映像信号は、焦点測定装置によって画像処
理され、眼底反射光像の縦横比が求められるとともに、
この縦横比に基づき、前記被験眼の調節状態が求められ
る。一方、撮像光学系では、被験眼の眼球光像が集光さ
れ、集光された被験眼の眼球光像は眼球像撮影装置によ
って映像信号に変換される。眼球状態測定装置では、眼
球像撮影装置で得られた映像信号を画像処理して、眼底
反射光像の縦横比を求め、この縦横比から眼球の回転角
度や、瞳孔の面積等の被験眼の状態を求める。これによ
り、眼球の追尾を不要にして、光学系部分を被験者の頭
部に装着可能な程度まで、小型化し、また、被験者の頭
部を拘束することなく、被験者の眼球調節状態、眼球運
動、瞳孔反応を同時に測定する。

【００１６】ここで、本明細書でいう「眼底反射光像の
縦横比」とは、被験眼眼底反射光像の２つの収差軸それ
ぞれの径の比率をいう。

【００１７】また、請求項２では、請求項１に記載の眼
球機能測定装置において、前記非点収差光学系は、ダイ
クロイックミラーによって、被験者の前方からの可視光
を透過させて、前記被験者の被験眼に導きながら、不可
視光光源からの不可視光を反射させて、前記被験者の被
験眼に導くことにより、被験者に前方の光像を見せなが
ら、前記被験者の被験眼の眼底で反射された不可視光の
眼底反射光像と、前記被験眼の表面で反射された眼球光
像とを眼底像撮影装置と眼球像撮影装置とに導くことを
特徴としている。

【００１８】上記の構成において、前記非点収差光学系
に設けたダイクロイックミラーによって、被験者の前方
からの可視光を透過させて、被験者の被験眼に導きなが
ら、不可視光光源からの不可視光を反射させて、被験者
の被験眼に導き、被験者に前方の光像を見せながら、被
験者の被験眼の眼底で反射された不可視光の眼底反射光
像と、被験眼の表面で反射された眼球光像とを眼底像撮
影装置と眼球像撮影装置とに導く。これにより、被験者
の前方にある指標などを被験者に見せながら、被験者の
頭部を拘束することなく、被験者の眼球調節状態、眼球
運動、瞳孔反応を同時に測定する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明による眼球機能測定
装置の実施の形態を示すブロック図である。

【００２０】この図に示す眼球機能測定装置１は、被験
者の前方にある光像を被験者の眼（被験眼）２に導きな
がら、近赤外光によって被験眼２を照明し、この被験眼
２の眼底反射光像、眼球光像を取り込む共通光学系３
と、被験眼照明用の近赤外光を発生して、これを共通光
学系３に入射させる光源部４と、共通光学系３によって
取り込まれた眼球光像を取り込む撮像光学系５と、この
撮像光学系５によって取り込まれた眼球光像を電気信号
（映像信号）に変換するビデオカメラ装置６と、このビ
デオカメラ装置６から出力される映像信号を画像処理し
て、被験眼２の眼球運動、瞳孔反応などを測定する測定
装置７と、共通光学系３によって取り込まれた眼底反射
光像を取り込んで非点収差特性で集光させる非点収差光
学系８と、この非点収差光学系８で集光された被験眼２
の眼底反射光像を電気信号（映像信号）に変換するビデ
オカメラ装置９と、このビデオカメラ装置９から出力さ
れる映像信号を画像処理して、被験眼２の調整応答を測
定する測定装置１０とを備えている。

【００２１】そして、共通光学系３によって、被験者の
前方の指標などを被験者に見せながら、光源部４から出
射される近赤外光で、被験者の被験眼２を照明して、こ
の被験眼２の眼底反射光像、眼球光像を取り込むととも
に、非点収差光学系８によって被験眼２の眼底反射光像
を非点収差特性で、ビデオカメラ装置９の撮像素子２２
（図２参照）上に結像させ、測定装置１０によって、撮
影処理で得られた眼底反射光像の縦横比を測定させ、こ
の測定結果に基づき、被験眼２の調節応答を測定させ
る。さらに、撮像光学系５によって、被験眼２の眼球光
像をビデオカメラ装置６の撮像素子１８（図２参照）上
に結像させ、測定装置７によって、撮影処理で得られた
眼球光像の瞳孔面積、動きなどを測定させる。

【００２２】共通光学系３は、光源部４から出射される
近赤外光の一部を反射するハーフミラー１１と、このハ
ーフミラー１１によって反射された近赤外光を透過させ
るとともに、可視光をカットする可視光カットフィルタ
１２と、この可視光カットフィルタ１２を透過した近赤
外光を反射するとともに、可視光を透過させて、被験眼
２に入射させるとともに、被験眼２で反射された近赤外
光（眼底反射光像、被験眼の眼球光像）を再度、反射さ
せて、可視光カットフィルタ１２に入射させるダイクロ
イックミラー１３と、可視光カットフィルタ１２、ハー
フミラー１１を透過した近赤外光の一部を反射して、撮
影光学系５に入射させるとともに、残りを透過させて、
非点収差光学系８に入射させるハーフミラー１４とを備
えており、ダイクロイックミラー１３によって、被験者
の前方からの可視光を透過させて、被験者に、前方の指
標などを見せながら、ハーフミラー１１、ダイクロイッ
クミラー１３によって光源部４から出射される近赤外光
を反射させて、被験者の被験眼２に導き、この被験眼２
を照明するとともに、この被験眼２で反射された近赤外
光（眼底反射光像、眼球光像）をダイクロイックミラー
１３で再度、反射させた後、可視光カットフィルタ１
２、ハーフミラー１１を順次、透過させて、ハーフミラ
ー１４に導き、撮像光学系５と、非点収差光学系８とに
各々入射させる。

【００２３】また、光源部４は、図２に示すように、近
赤外光を発生する近赤外線光源１５と、この近赤外線光
源１５から出射される近赤外光を集光して平行光にする
コリメータレンズ１６とを備えており、近赤外線光源１
５によって近赤外光を発生するとともに、コリメータレ
ンズ１６によって近赤外光を平行にして、共通光学系３
のハーフミラー１１に入射させる。

【００２４】また、撮像光学系５は、共通光学系３のハ
ーフミラー１４によって反射された近赤外光を集光する
結像レンズ１７を備えており、共通光学系３のハーフミ
ラー１４によって反射された眼球光像を取り込んで、ビ
デオカメラ装置６の撮像素子１８上に結像させる。

【００２５】また、非点収差光学系８は、結像レンズ１
９および円柱レンズ２０によって構成され、ハーフミラ
ー１４を透過した近赤外光を非点収差特性で集光するレ
ンズ群２１を備えており、共通光学系３のハーフミラー
１４を透過した眼底反射光像を取り込んで、非点収差特
性で集光させて、ビデオカメラ装置９の撮像素子２２上
に結像させる。

【００２６】また、ビデオカメラ装置１８は、撮像光学
系５の結像レンズ１７によって集光された眼球光像を電
気信号（映像信号）に変換する撮像素子１８を備えてお
り、撮像光学系５の結像レンズ１７によって集光された
眼球光像を電気信号（映像信号）に変換し、これによっ
て得られた映像信号を測定装置７に供給する。

【００２７】測定装置７は、図示は省略するが、ビデオ
カメラ装置６から出力されるアナログ信号形式の映像信
号をデジタル信号形式の画像データに変換するＡ／Ｄ変
換回路と、このＡ／Ｄ変換回路から出力される画像デー
タをフレーム単位で記憶するフレームメモリ回路と、こ
のフレームメモリ回路２４に記憶されている画像データ
を画像処理して、被験眼２の瞳孔部分を抽出して、その
面積を算出するとともに、被験眼２の眼球回転角度を算
出する画像処理回路とを備えており、ビデオカメラ装置
６から出力されるアナログ信号形式の映像信号がデジタ
ル信号形式の画像データに変換するとともに、この画像
データを画像処理して、被験眼２を構成する瞳孔部分の
面積と、被験眼２の眼球回転角度とを算出する。

【００２８】この場合、照明された近赤外光の角膜表面
での反射により、ビデオカメラ装置６の撮像素子による
眼球像の中には輝点が撮影され、この像がフレームメモ
リ回路に記録され、このフレームメモリ回路に記録され
た画像データ中から輝点の座標を計測することにより眼
球回転角度が検出される。

【００２９】また、ビデオカメラ装置９は、近赤外線光
源１５と光学的に共役になる位置に配置され、非点収差
光学系８のレンズ群２１によって非点収差特性で、集光
された眼底反射光像を電気信号（映像信号）に変換する
撮像素子２２を備えており、非点収差光学系８のレンズ
群２１によって非点収差特性で、集光された眼底反射光
像を電気信号に変換し、これによって得られた映像信号
を測定装置１０に供給する。

【００３０】測定装置１０は、図３に示すように、ビデ
オカメラ装置９の撮像素子２２から出力されるアナログ
信号形式の映像信号をデジタル信号形式の画像データに
変換するＡ／Ｄ変換回路２３と、このＡ／Ｄ変換回路２
３から出力される画像データをフレーム単位で記憶する
フレームメモリ回路２４と、このフレームメモリ回路２
４に記憶されている画像データを画像処理して、被験眼
２の眼底反射光像の縦横比を求める画像計測回路２５
と、Ａ／Ｄ変換回路２３と画像計測回路２５とを制御す
る処理、画像計測回路２５で得られた眼底反射光像の縦
横比に基づき、被験眼２の調節状態を計算するコンピュ
ータ２６とを備えており、ビデオカメラ装置９から出力
されるアナログ信号形式の映像信号をＡ／Ｄ変換してデ
ジタル信号形式の画像データにした後、この画像データ
を画像処理して、眼底反射光像の縦横比を求めて、被験
眼２の調節状態を計算する。

【００３１】この場合、非点収差光学系８のレンズ群２
１によって集光される測定光はレンズ群２１を構成する
円柱レンズ２０により、その屈折方向と透過方向とで異
なる位置で結像し、非点収差を生じる。このことから、
被験眼２が遠方に合焦しているときには、図４に示すよ
うに、その眼底反射光像は、横方向に長い楕円形で撮像
素子２２上に結像し、また被験眼２が中間に合焦してい
るとき、例えば、最も頻繁に用いられる視距離に相当す
る調節状態（焦点距離）となる１．５ｍに合焦している
ときには、図５に示すように、その眼底反射光像は、ほ
ぼ正円形で撮像素子２２上に結像し、また被験眼２の近
方に合焦しているときには、図６に示すように、その眼
底反射光像は、縦方向に長い楕円形で撮像素子２２上に
結像する。なお、被験眼の焦点距離がいくらのときに撮
像素子１７上の眼底反射光像が正円になるようにするか
は設計上の自由度であるが、上述したように、実験の目
的により、最も頻繁に用いられる視距離に相当する調節
状態のときに正円とするのが有利と考え、本実施の形態
では１．５ｍとした。

【００３２】そして、予め登録されている較正曲線に基
づき、撮像素子２２上の眼底反射光像の縦横比を補正す
ることにより、被験者毎の眼球水晶体固有の光学特性を
補償して、眼球水晶体の調節状態を求める。すなわち、
フレームメモリ回路２４のデータを読み出して画像計測
回路２５内の垂直および水平カウンタを駆動し、垂直方
向では、データの存在する走査線数を検出することによ
り、水平方向では１走査線内のデータ数の最大値を検出
することにより、それぞれの方向の直径（フィレ径）を
求める。なお、求めた縦横比から焦点距離を求めること
は幾何光学的に可能であるが、実際には眼球の光学的特
性は光学理論通りにはなっていないので、被験者毎に較
正して前記較正曲線を求めることによって行う。

【００３３】このように、この実施の形態では、非点収
差光学系８によって被験者の被験眼２の眼底反射光像を
非点収差特性で、ビデオカメラ装置９の撮像素子２２上
に結像させながら、測定装置１０によって、撮影処理で
得られた眼底反射光像の縦横比を測定させ、この測定結
果に基づき、被験眼２の調節応答を測定するようにして
いるので、次に述べる効果を得ることができる（請求項
１の効果）。

【００３４】まず、被験者の瞳孔に対し、細い測定光ビ
ームを正確に入射させる代わりに、コリメートされた、
ある程度の太さを持つ平行光で被験眼２を照射するだけ
で良いことから、多少の眼球運動があっても瞳孔から測
定光を入射することができる。これによって眼球を追尾
する装置などを用いることなく、被験眼２の調節応答を
測定することができる。

【００３５】また、小規模な共通光学系３、撮影光学系
５、非点収差光学系８を使用して、被験眼２の眼底反射
光像をビデオカメラ装置９の撮像素子２２上に結像させ
ることができることから、検出器部分を小型、軽量化す
ることができるとともに、被験者の頭部に装着して、被
験者を束縛することなく、被験眼２の焦点調節機能を測
定することができる。

【００３６】また、装置自体が小さいことから、これを
２つ隣接して設置することにより、両眼の焦点調節機能
を測定することができる。

【００３７】さらに、ビデオカメラ装置６に設けられた
撮像素子１８によって、被験眼２について、通常の画像
を撮影することができることから、眼球運動、瞳孔反応
なども、同時に測定することができる。

【００３８】また、上述した実施の形態では、共通光学
系３内にダイクロイックミラー１３を設け、被験者の前
方からの光像を被験者の被験眼２に導きながら、被験眼
２の眼底反射光像をビデオカメラ装置９の撮像素子２２
上に結像させるようにしているので、被験者の前方にあ
る指標などを被験者に見せながら、被験者の頭部を拘束
することなく、被験者の眼球調節状態を測定することが
できる（請求項２の効果）。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、眼球の追尾を不要にして、光学系部分を被
験者の頭部に装着可能な程度まで、小型化し、これによ
って被験者の頭部を拘束することなく、被験者の眼球調
節状態、眼球運動、瞳孔反応を同時に測定することがで
きる。

【００４０】また、請求項２では、被験者の前方にある
指標などを被験者に見せながら、被験者の頭部を拘束す
ることなく、被験者の眼球調節状態、眼球運動、瞳孔反
応を同時に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による眼球機能測定装置の一実施の形態
を示すブロック図である。

【図２】図１に示す非点収差光学系の詳細な構成例を示
す構成図である。

【図３】図１に示す測定装置の詳細な回路構成例を示す
ブロック図である。

【図４】図１に示す眼球機能測定装置の測定動作例を示
す模式図である。

【図５】図１に示す眼球機能測定装置の測定動作例を示
す模式図である。

【図６】図１に示す眼球機能測定装置の測定動作例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１ 眼球機能測定装置 ２ 被験眼 ３ 共通光学系 ４ 光源部 ５ 撮像光学系 ６、９ ビデオカメラ装置（眼球像撮影装置） ７ 測定装置（眼球状態測定装置） ８ 非点収差光学系 １０ 測定装置（焦点測定装置） １１、１４ ハーフミラー １２ 可視光カットフィルタ １３ ダイクロイックミラー １５ 近赤外線光源 １６ コリメータレンズ １８、２２ 撮像素子 １７、１９ 結像レンズ ２０ 円柱レンズ ２１ レンズ群 ２２ 撮像素子 ２３ Ａ／Ｄ変換回路 ２４ フレームメモリ回路 ２５ 画像計測回路 ２６ コンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被験眼の眼底反射光像を非点収差特性
   で、集光させる非点収差光学系と、 この非点収差光学系によって集光された眼底反射光像を
   映像信号に変換する眼底像撮影装置と、 この眼底像撮影装置によって得られた映像信号を画像処
   理して、前記眼底反射光像の縦横比を求めるとともに、
   この縦横比に基づき、被験眼の調節状態を求める焦点測
   定装置と、 前記被験眼の眼球光像を集光させる撮像光学系と、 この撮像光学系によって集光された前記被験眼の眼球光
   像を映像信号に変換する眼球像撮影装置と、 この眼球像撮影装置によって得られた映像信号を画像処
   理して、前記眼球の回転角度、瞳孔の面積のうち、少な
   くとも１つ以上を求める眼球状態測定装置と、を備えた
   ことを特徴とする眼球機能測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の眼球機能測定装置にお
   いて、 前記非点収差光学系は、ダイクロイックミラーによっ
   て、被験者の前方からの可視光を透過させて、前記被験
   者の被験眼に導きながら、不可視光光源からの不可視光
   を反射させて、前記被験者の被験眼に導くことにより、
   被験者に前方の光像を見せながら、前記被験者の被験眼
   の眼底で反射された不可視光の眼底反射光像と、前記被
   験眼の表面で反射された眼球光像とを眼底像撮影装置と
   眼球像撮影装置とに導くことを特徴とする眼球機能測定
   装置。