JPWO2016063602A1 - 視覚検査装置 - Google Patents

Abstract

小型化したヘッドマウント型の視覚検査装置を提供する。視覚検査装置は、被検者の頭部に装着されるヘッドマウント型の視覚検査装置であって、被検者の眼球に対して視標を呈示する表示素子と、表示素子に呈示される視標の光を眼球の網膜に導く表示光学系と、眼球を撮像する撮像素子と、眼球の像を撮像素子に導く観察光学系と、を有し、表示光学系は、表示素子よりも眼球側に、光の一部を反射し光の他部を透過するミラーを有し、表示光学系の眼球の瞳孔からミラーまでの光軸と、観察光学系の眼球の瞳孔からミラーまでの光軸とが一致しており、表示光学系の眼球の瞳孔からミラーまでの光軸と、表示光学系のミラーから表示素子までの光軸とは、ミラーを介して屈曲されている。

Description

本発明は、視覚検査装置に関する。

緑内障などの視野狭窄の症状を診断する視野検査を行う視覚検査装置として、ハンフリー視野計が知られている。ハンフリー視野計には、ドーム型のスクリーンが設けられている。視野検査では、被検者は、スクリーンの前方に設けられた受け台に頭部を固定する。そして、スクリーンに視標を呈示したときに、視標が見えたかを被検者自身が回答することにより、被検者の視野を計測する。

被検者の視野全体を計測するためには、眼球に対して広い角度（視野角）に亘って視標を呈示する必要がある。ハンフリー視野計では、被験者の眼球とドーム型のスクリーンとの間にレンズ等の光学系が設けられていないことから、眼球に対して広い角度に亘って視標を呈示するために、広いスクリーンが必要とされていた。その結果、ハンフリー視野計の装置全体が大型化しており、さらには、ハンフリー視野計を設置するための広い設置場所や、ハンフリー視野計および被検者を暗空間に収容する暗室などが必要とされていた。

そこで、ハンフリー視野計が大型化するという問題を解決するため、被検者の頭部に装着されるヘッドマウント型の視覚検査装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の視覚検査装置には、被検者の眼球に対して視標を呈示する表示素子と、表示素子に呈示される視標の光を眼球に導くレンズと、ハーフミラーと、表示素子の位置をアライメントするために眼球を撮像する撮像素子と、を有する測定部が設けられている。測定部は、被検者の頭部に装着されるゴーグル型の枠に設置されている。

特開平７−６７８３３号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、以下の理由により、大型の表示素子が必要となるため、ヘッドマウント型の視覚検査装置が大型化する可能性があった。

特許文献１の技術背景として、映像を表示することだけを目的とした通常のヘッドマウントディスプレイでは、表示素子を被検者の眼球に対向するように配置することが主流となっていたことから、特許文献１のヘッドマウント型の視覚検査装置においても、表示素子を被検者の眼球に対向するように配置し、一方で、ハーフミラーを介して撮像素子側の光軸を屈曲させて配置していた。また、１枚のレンズのみを用いて、表示素子の画像を被検者の網膜に結像していた。このような構成を有する特許文献１のヘッドマウント型の視覚検査装置では、眼球に対して広い角度に亘って視標を呈示するために、大型の表示素子が必要とされていた。その結果、表示素子を収容する測定部が大型化し、視覚検査装置全体が大型化する可能性があった。

そこで、本発明は、小型化したヘッドマウント型の視覚検査装置を提供することを、主たる目的とする。

本発明の第１の態様は、
被検者の頭部に装着されるヘッドマウント型の視覚検査装置であって、
前記被検者の眼球に対して視標を呈示する表示素子と、
前記表示素子に呈示される前記視標の光を前記眼球の網膜に導く表示光学系と、
前記眼球を撮像する撮像素子と、
前記眼球の像を前記撮像素子に導く観察光学系と、
を有し、
前記表示光学系は、前記表示素子よりも前記眼球側に、特定の波長の光を反射し、その他の光を透過するミラーを有し、
前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸と、前記観察光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸とが一致しており、
前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸と、前記表示光学系の前記ミラーから前記表示素子までの光軸とは、前記ミラーを介して屈曲されている視覚検査装置である。
本発明の第２の態様は、
前記表示光学系の前記ミラーから前記表示素子までの光軸は、前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸に垂直な方向よりも頭部側に傾斜している第１の態様に記載の視野検査装置である。
本発明の第３の態様は、
前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸と、前記表示光学系の前記ミラーから前記表示素子までの光軸とのなす角度をαとしたとき、以下の式（１）を満たす第１又は第２の態様に記載の視覚検査装置である。
４０°＜α＜９０° ・・・（１）
本発明の第４の態様は、
前記表示光学系は、
前記眼球と前記ミラーとの間に設けられ、光軸が前記眼球の瞳孔の中心を通過するよう設けられる第１レンズと、
前記ミラーと前記表示素子との間に設けられ、前記第１レンズの光軸に対して前記ミラーを介して反射する方向の光軸上に設けられる第２レンズ群と、
を有し、
前記観察光学系は、前記第１レンズを前記表示光学系と共有している第１〜第３の態様のいずれかに記載の視覚検査装置である。
本発明の第５の態様は、
前記第１レンズの焦点距離は、前記第１レンズから前記第２レンズ群までの光学的距離よりも短い第４の態様に記載の視覚検査装置である。
本発明の第６の態様は、
前記第１レンズのパワーは、２０Ｄ以上６０Ｄ以下である第４又は第５の態様に記載の視覚検査装置である。
本発明の第７の態様は、
前記表示素子の対角長は、１．５インチ以下である第１〜第６の態様のいずれかに記載の視覚検査装置である。

本発明によれば、小型化したヘッドマウント型の視覚検査装置を提供することができる。

本実施形態の視覚検査装置の概略図である。 本実施形態の視覚検査装置の断面概略図である。 （ａ）は、実施例１の光線図であり、（ｂ）は、実施例２の光線図である。 （ａ）は、実施例３の光線図であり、（ｂ）は、実施例４の光線図である。 表示光学系の他の構成例（変形例１）を示す概略図である。 表示光学系の他の構成例（変形例２）を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態においては、次の順序で説明を行う。
１．視覚検査装置
１−１．表示光学系および表示素子
１−２．表示光学系の光学特性等
１−３．観察光学系および撮像素子
１−４．制御部
２．視覚検査方法
３．実施の形態による効果
４．変形例等

＜１．視覚検査装置＞
図１は、本実施形態の視覚検査装置の概略図である。図１に示されているように、本実施形態の視覚検査装置１０は、視野検査の被検者の頭部に装着されるヘッドマウント型の視覚検査装置として構成されている。具体的には、視覚検査装置１０は、例えば、ヘッドマウント（ＨＭ）部１００と、制御部４００とを備えている。

ＨＭ部１００は、筺体（装着本体）１１０と、筺体１１０に接続された装着具１２０と、を有しており、装着具１２０によって被検者の頭部に装着可能に構成されている。筺体１１０内には、後述する表示光学系（２００）および観察光学系（３００）等が格納されている。例えば、両目のそれぞれに表示光学系（２００）が設けられており、筺体１１０内には、右眼に対応した表示素子２４０Ｒと、左眼に対応した表示素子２４０Ｌとが設けられている。また、装着具１２０は、被検者の両側頭部から後頭部にかけてＵ字状に架け渡される第１ベルトと、被検者の頭頂部に架け渡される第２ベルトと、を備えている。第２ベルトは、長さを調整可能に構成されていてもよい。

制御部４００は、表示光学系（２００）および観察光学系（３００）等を制御するよう構成されている。また、制御部４００は、例えば、装着具１２０の後頭部側に配置されている。これにより、筺体１１０と制御部４００との前後の重量バランスを保つことができる。制御部４００については詳細を後述する。

図２は、本実施形態の視覚検査装置の断面概略図である。図２に示されているように、本実施形態の視覚検査装置１０は、眼球２０に対して視標を呈示するための表示光学系２００と、眼球２０を撮像するための観察光学系３００と、を有している。本実施形態では、視覚検査装置１０を小型化するために、表示光学系２００が屈曲されている。以下、詳細を説明する。

なお、図２には、片眼に対応する光学系（表示光学系２００および観察光学系３００）が示されているが、例えば、左右の眼のそれぞれに対応する光学系は、互いに同様の構成を有している。以下の説明では、左右の眼のそれぞれに対応する光学系を区別なく記載し、ＬおよびＲの符号を省略する。

また、以下において、光が網膜２２の位置から瞳孔２１を介して出射される（瞳孔２１を射出瞳とする）と仮定して説明する場合がある。網膜２２から出射された光が表示素子２４０で結像されることと、表示素子２４０から出射された光が網膜２２で結像されることとは、本実施形態の光学系では同じ意味をなす。以下においては、実際に光が表示素子２４０の位置から出射される場合を「表示素子２４０からの順方向光線の場合」とし、仮に光が網膜２２の位置から出射される場合を「網膜２２からの逆方向光線の場合」として説明する。

（１−１．表示光学系および表示素子）
表示光学系２００は、所定の視標の光を眼球２０の網膜２２に導くよう構成されている。ここでいう「視標」とは、視野検査の際に被検者の眼球に対して呈示される点または図形のことである。表示光学系２００は、例えば、眼球２０側から順に、第１レンズ２１０と、ミラー２２０と、第２レンズ群２３０と、を有している。

第１レンズ２１０は、眼球２０を物体としたときに対物レンズとして機能し、例えば正レンズとして構成されている。第１レンズ２１０の光軸２８０ａは、眼球２０の瞳孔２１の中心（眼球２０の中心）を通過するように配置されている。

第１レンズ２１０は、網膜２２からの逆方向光線の場合に網膜２２からの光を所定の範囲に収束させるように、大きな正の屈折力（パワー）を有している。網膜２２からの逆方向光線の場合に、第１レンズ２１０の端部を通る網膜２２からの主光線の光束は、第１レンズ２１０によって屈曲され、網膜２２からの主光線の光束は、ミラー２２０付近の位置に結像（集光）される。広い角度に亘った網膜２２からの全ての光は、第１レンズ２１０によってミラー２２０の範囲内に収束される。この第１レンズ２１０のパワーについては、詳細を後述する。

ミラー２２０は、特定の波長の光を反射し、その他の光を透過するよう構成されている。具体的には、ミラー２２０は、例えば、可視光を反射し赤外光を透過するコールドミラーとして構成されている。ミラー２２０は、第１レンズ２１０の光軸２８０ａ上で第１レンズ２１０を挟んで眼球２０と反対側に設けられている。また、ミラー２２０は、第１レンズ２１０の光軸２８０ａに対して所定の角度で傾斜して設けられており、網膜２２からの逆方向光線の場合に、ミラー２２０付近の位置で収束された光を所定の方向に反射するようになっている。一方で、ミラー２２０は、後述する眼球２０表面で反射した赤外光をミラー２２０の眼球２０と反対側に透過するようになっている。

第２レンズ群２３０は、網膜２２からの逆方向光線の場合に、第１レンズ２１０によって網膜２２からミラー２２０付近の位置に結像された光を、再び表示素子２４０に結像するリレー系として機能するように構成されており、さらに、色収差や倍率を補正するように構成されている。

第２レンズ群２３０は、第１レンズ２１０の光軸２８０ａに対してミラー２２０を介して反射する方向の光軸２８０ｂ上に設けられている。つまり、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａと、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂとは、ミラー２２０を介して互いに反射する方向に屈曲されている。本実施形態では、例えば、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂは、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａを含む鉛直平面上において、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａよりも鉛直上側に位置している。また、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂは、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａに垂直な方向よりも頭部側に傾斜している。これにより、第２レンズ群２３０および表示素子２４０の重心が頭部側に接近するようになり、視覚検査装置１０全体としての重量バランスを良くすることができる。

ここで、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａと、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂとのなす角度をαとしたとき、以下の式（１）を満たす。
４０°＜α＜９０° ・・・（１）

α≦４０°である場合、第２レンズ群２３０および表示素子２４０が頭部に接近しすぎて、頭部と干渉してしまう可能性がある。これに対して、α＞４０°であることにより、第２レンズ群２３０および表示素子２４０が頭部と干渉することを抑制することができる。一方、α≧９０°である場合、被検者が頭部を前方に傾けた際に、視覚検査装置１０が被検者の頭部から容易にずれ落ちてしまう可能性がある。これに対して、α＜９０°であることにより、被検者が頭部を前方に傾けた場合であっても、視覚検査装置１０が被検者の頭部からずれ落ちることを抑制することができる。

さらに、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
５０°≦α≦８０° ・・・（２）

α≧５０°であることにより、前額部が突出している被検者であっても、第２レンズ群２３０および表示素子２４０が前額部と干渉することを抑制することができる。一方、α≦８０°であることにより、第２レンズ群２３０および表示素子２４０の重心が確実に頭部側に位置するようになり、視覚検査装置１０全体としての重量バランスを良くすることができる。

さらに、以下の式（３）を満たすことがより好ましい。
６０°≦α≦７０° ・・・（３）

α≧６０°であることにより、前額部が突出しており且つ眼の彫りが深い被検者であっても、第２レンズ群２３０および表示素子２４０が前額部と干渉することを抑制することができる。一方、α≦７０°であることにより、第２レンズ群２３０および表示素子２４０の重心が上記よりもさらに頭部側に位置するようになり、視覚検査装置１０全体としての重量バランスをより良くすることができる。また、ミラー２２０の法線方向が第１レンズ２１０の光軸２８０ａに近づくため、第１レンズ２１０からミラー２２０に照射される光の範囲を小さくすることができ、ミラー２２０の鉛直方向の必要径を小さくすることができる。したがって、視覚検査装置１０を小型化することができる。

また、第２レンズ群２３０は、少なくとも、正の屈折力を有するレンズと、負の屈折力を有するレンズとを有している。これにより、表示光学系２００の色収差を補正することができる。具体的には、第２レンズ群２３０は、例えば、眼球２０側から順に、正レンズ２３２と、負レンズ２３４と、眼球２０側に凸の正メニスカスレンズ２３６と、を有している。正レンズ２３２の外径は、負レンズ２３４および正メニスカスレンズ２３６の外径よりも大きく、負レンズ２３４の外径は正メニスカスレンズ２３６の外径とほぼ等しくなっている。このようなレンズ構成により、表示光学系２００の色収差を補正することができる。

表示素子２４０は、眼球２０に対して所定の視標を呈示するよう構成されている。所定の視標とは、例えば、十字型などの固定視標や、視野検査のための所定の明るさ（輝度）を有する刺激視標などである。表示素子２４０は、例えば、液晶表示素子、または有機ＥＬ表示素子などとして構成されている。また、表示素子２４０は、視野検査のために高輝度の視標を呈示可能に構成されており、表示素子２４０の最大輝度は、例えば、３０００ｃｄ／ｍ²以上である。

表示素子２４０は、第２レンズ群２３０の光軸２８０ｂ上で第２レンズ群２３０を挟んでミラー２２０と反対側に設けられている。また、表示素子２４０の表示面は、その法線方向が第２レンズ群２３０の光軸２８０ｂと一致するように配置されている。また、表示素子２４０は、網膜２２からの逆方向光線の場合に、網膜２２からの光が第１レンズ２１０、ミラー２２０および第２レンズ群２３０を介して結像されるよう配置されている。言い換えれば、表示素子２４０は、第１レンズ２１０、ミラー２２０および第２レンズ群２３０を介して、網膜２２に対して光学的に共役な位置に配置されている。

また、表示素子２４０は、制御部４００に接続されており、制御部４００からの信号に基づいて眼球２０に対して所定の視標を呈示するように構成されている。

（１−２．表示光学系の光学特性等）
ここで、表示光学系２００の光学特性等について詳細を説明する。

（第１レンズ）
第１レンズ２１０は、上述のように大きな正の屈折力（パワー）を有しており、以下の条件を満たしている。

第１レンズ２１０からミラー２２０までの距離をａ、ミラー２２０から第２レンズ群２３０までの距離をｂ、第１レンズ２１０から第２レンズ群２３０までの光学的距離をＤ１としたとき、
Ｄ１＝ａ＋ｂ
である。

第１レンズ２１０の焦点距離をｆ１としたとき、第１レンズ２１０の焦点距離ｆ１は、第１レンズ２１０から第２レンズ群２３０までの光学的距離Ｄ１よりも短く、すなわち、以下の式（４）を満たす。
ｆ１＜Ｄ１ ・・・（４）

また、第２レンズ群２３０の焦点距離をｆ２としたとき、第１レンズ２１０の焦点距離ｆ１および第２レンズ群２３０の焦点距離ｆ２は、以下の式（５）を満たす。
０＜ｆ１／ｆ２＜１．０ ・・・（５）

さらに具体的には、第１レンズ２１０のパワーは、２０Ｄ（ディオプター）以上６０Ｄ以下である。第1レンズ２１０のパワーにより、瞳孔２１の位置と第1レンズ２１０との距離が変化する。第1レンズ２１０のパワーが２０Ｄ未満であると、瞳孔と第1レンズとが離れ、さらに光線の偏角も小さくなるため、網膜からの逆方向光線の場合において網膜からの光の全てをミラーで反射させるようにするためには、ミラーが大型化してしまう可能性がある。視覚検査装置では両眼のそれぞれの前方にミラーを設置する必要があるため、被検者の瞳孔間距離（約５０ｍｍ）を考慮した場合、ミラーが大型化しすぎると、両眼それぞれにおけるミラーを保持する鏡筒等の部材が互いに干渉してしまう可能性がある。これに対して、第1レンズ２１０のパワーが２０Ｄ以上であることにより、網膜２２からの逆方向光線の場合に、広い角度に亘った網膜２２からの光を第１レンズ２１０によってミラー２２０の範囲内に収束させることができ、ミラー２２０および第２レンズ群２３０を介して、所定の大きさを有する表示素子２４０に結像することができる。したがって、ミラーを小型化することができ、また、被検者の瞳孔間距離（約５０ｍｍ）を考慮した場合であっても、両眼それぞれにおけるミラーを保持する鏡筒等の部材が互いに干渉することを抑制することができる。一方、第1レンズ２１０のパワーが６０Ｄ超であると、瞳孔と第１レンズとの距離が近くなりすぎるため、第1レンズが被検者のまつ毛や瞼と干渉してしまう可能性がある。この場合、被検者に不快感を与えてしまい、正確な視野検査を行うことが出来なくなる可能性がある。さらに、第1レンズに汚れや傷が付き易くなるため、視野検査の精度を低下させてしまう可能性がある。これに対して、第1レンズ２１０のパワーが６０Ｄ以下であることにより、第1レンズ２１０が被検者のまつ毛や瞼と干渉することを抑制することができる。また、第1レンズに汚れや傷が付くことを抑制することができ、視野検査の精度が低下することを抑制することができる。

また、眼球２０に対して広い角度に亘って視標を呈示するためには、第１レンズ２１０は大きいほど好ましい。しかしながら、人間の両眼の間隔がおよそ５０ｍｍであるため、両眼のそれぞれの第１レンズ２１０が互いに干渉することがないように、第１レンズ２１０の直径は、例えば、５０ｍｍ以下となっている。

また、第１レンズ２１０を用いた表示光学系２００の最大視野角（瞳孔２２の中心を通る主光線と光軸２８０ａとのなす角の最大値）は、好ましくは、半画角で３０度以上、６０度以下（全画角では６０度以上、１２０度以下）の範囲に設定するとよい。

（表示素子）
上記のように第１レンズ２１０のパワーを大きくすることにより、網膜２２からの逆方向光線の場合に網膜２２からの光が結像される表示素子２４０を、所定の大きさに縮小することができる。具体的には、表示素子２４０の（表示面の）対角長は、例えば、１．５インチ以下であり、好ましくは、１．０インチ以下である。このように、表示素子２４０を小さくすることにより、視覚検査装置１０を小型化することができる。

（色収差特性）
表示光学系２００の色収差を抑制するため、第１レンズ２１０および第２レンズ群２３０は、以下のような光学特性を有している。

第１レンズ２１０のアッべ数をｖ１としたとき、以下の式（６）を満たす。なお、アッべ数が大きいほど、レンズの分散が小さいことを示している。
４５＜ｖ１＜８０ ・・・（６）

第２レンズ群２３０のうち、正の屈折力を有するレンズ（例えば、正レンズ２３２、正メニスカスレンズ２３６）のアッべ数をｖ２としたとき、以下の式（７）を満たす。
４５＜ｖ２＜８０ ・・・（７）

また、第２レンズ群２３０のうち、負の屈折力を有するレンズ（例えば、負レンズ２３４）のアッベ数をｖ３としたとき、以下の式（８）を満たす。
１５＜ｖ３＜３０ ・・・（８）

式（６）〜（８）を満たすことにより、表示光学系２００の色収差を抑制することができる。

また、第１レンズ２１０および第２レンズ群２３０のそれぞれのレンズは、非球面を有している。これにより、各種収差を抑制するとともに、表示光学系２００を小型化することが可能となる。ただし、表示光学系２００を構成するすべてのレンズを非球面レンズとする必要はなく、たとえば、複数の球面レンズの組み合わせ、あるいは球面レンズと非球面レンズの組み合わせによって実現することも可能である。その場合、表示光学系２００を構成する複数のレンズのなかで、少なくとも眼球位置に最も近いレンズ（本実施形態の例であれば、第１レンズ２１０）を非球面レンズによって構成することが好ましい。その理由は、眼球位置に最も近いレンズを非球面レンズによって構成した場合は、これを球面レンズで構成した場合に比べて光学設計の自由度が増すことでレンズ枚数の削減が見込め、視覚検査装置１の小型化および軽量化を図ることが可能になるためである。特に眼球位置からミラー２２０までの光路が長くなることは、筺体１１０が被検者の前方に長くなることに相当し、重量バランスが確保しづらくなるという問題が発生する。このため、眼球位置に最も近いレンズを非球面レンズとし前方への突出量を出来るだけ小さくすることが好ましい。

（１−３．観察光学系および撮像素子）
観察光学系３００は、眼球２０の像（虹彩および瞳孔２１の像等）を撮像素子３４０に導くよう構成されている。具体的には、観察光学系３００は、例えば、眼球２０側から順に、光源３１０と、表示光学系２００と共有されている第１レンズ２１０と、表示光学系２００と共有されているミラー２２０と、撮像レンズ３２０と、を有している。

眼球２０と第１レンズ２１０との間には、第１レンズ２１０の光線通過範囲よりも外側の位置に、眼球２０を照明する光源３１０が設けられている。光源３１０は、例えば、眼球２０を挟んで水平方向（または鉛直方向）に２つ設けられている。光源３１０は、例えば赤外光を照射するＬＥＤ光源として構成されている。赤外光を眼球２０に照射することにより、被検者の網膜２２に感知されることなく、被検者の眼球２０を撮像することができる。

観察光学系３００では、第１レンズ２１０およびミラー２２０が表示光学系２００と共有されていることにより、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａは、観察光学系３００の眼球２０の瞳孔２１からミラーまでの光軸（２８０ａ）と一致している。また、ミラー２２０は、上述のように、光源３１０から照射され眼球２０の表面で反射した赤外光を透過するようになっている。

撮像レンズ３２０は、ミラー２２０を透過した赤外光を撮像素子３４０に結像するリレーレンズとして構成されている。撮像レンズ３２０の光軸３８０ａは、第１レンズ２１０の光軸３８０ａと一致している（同軸上に位置している）。また、撮像レンズ３２０は、眼球２０の瞳孔２１の像が撮像素子３４０にフォーカスされるように構成されている。

撮像素子３４０は、赤外光を検出することにより眼球２０を撮像するよう構成されており、具体的には、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）として構成されている。撮像素子３４０は、撮像レンズ３２０の光軸３８０ａ上で撮像レンズ３２０を挟んでミラー２２０と反対側に設けられている。撮像素子３４０の撮像面は、その法線方向が撮像レンズ３２０の光軸３８０ａと一致するように配置されている。また、撮像素子３４０は、制御部４００に接続されており、制御部４００に対して眼球２０を撮像した画像を送信するよう構成されている。

（１−４．制御部）
制御部（コンピュータ部）４００は、視野検査に必要な動作制御を行うためのものであり、具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard disk drive）、各種インタフェース等の組み合わせからなるものである。そして、制御部４００は、ＣＰＵがＲＯＭまたはＨＤＤに格納された所定プログラムを実行することにより、各種手段として機能するように構成されている。

制御部４００は、表示素子２４０および撮像素子３４０と有線または無線により通信可能に接続されており（Ａ，Ｂ）、表示素子２４０および撮像素子３４０を制御するよう構成されている。

ここで、本実施形態の視覚検査装置１０は、後述する自覚式視野検査を行うことができるように構成されており、制御部４００は、感度マッピング手段として機能するように構成されている。
例えば、被検者の近傍には、視標が見えたかを被検者自身が回答するためのスイッチ４２０が設けられている。スイッチ４２０は、制御部４００に接続されており（Ｃ）、制御部４００に被検者が視認したことを示す信号を送信するよう構成されている。
制御部４００の感度マッピング手段は、スイッチ４２０から送信された信号に基づいて、視標が見えるようになったときの表示素子２４０の輝度を網膜２２の感度としてマッピングするための機能である。

さらに、本実施形態の視覚検査装置１０は、後述する他覚式視野検査を行うことができるようにも構成されており、制御部４００は、視標呈示手段、縮瞳検出手段、および感度マッピング手段として機能するように構成されている。
視標呈示手段は、表示素子２４０により視標を呈示させるための機能である。
縮瞳検出手段は、撮像素子３４０が取得した瞳孔２１の画像に基づいて、表示素子２４０が呈示する視標の明るさが所定の明るさ（輝度）以上となったときの瞳孔２１の縮瞳を検出するための機能である。
感度マッピング手段は、自覚式視野検査だけでなく他覚式視野検査においても用いられる機能であり、縮瞳検出手段が瞳孔２１の縮瞳を検出したときに表示素子２４０が呈示していた視標の明るさ（輝度）を網膜２２の感度としてマッピングするための機能である。

これらの各機能を実現するための所定プログラムは、制御部４００にインストールして用いられるが、そのインストールに先立ち、制御部４００で読み取り可能な記憶媒体に格納されて提供されるものであってもよいし、あるいは制御部４００と接続する通信回線を通じて当該制御部４００へ提供されるものであってもよい。
また、所定プログラムがインストールされる制御部４００は、視覚検査装置１０の各部に対して動作制御指示を与え得るものであれば、必ずしも当該視覚検査装置１０に搭載されていなくてもよく、当該視覚検査装置１０に通信回線を介して接続されたものであってもよい。

＜２．視覚検査方法＞
本実施形態の視覚検査装置１０により、動的量的視野検査、静的量的視野検査、眼底視野検査（マイクロペリメトリー）、網膜電図検査（ＥＲＧ）その他の検査を行うことができる。以下では、静的量的視野検査を行う場合について説明する。静的量的視野検査については、自覚式視野検査と他覚式視野検査があり、本実施形態の視覚検査装置１０では、いずれの方式の検査も行うことができる。

自覚式視野検査は、次のようにして行われる。まず、視覚検査装置１０のＨＭ部１００を被検者の頭部に装着させ、被検者にスイッチ４２０を持たせる。制御部４００の視標呈示手段は、表示素子２４０により視野内の一点に視標を呈示させ、視標の明るさを徐々に増していく。視標の明るさが所定の明るさ以上になると、被検者は、視標を見ることができるようになる。このとき、被検者は、スイッチ４２０を押す。そして、被検者が視認したことを示す信号が、スイッチ４２０から制御部４００に送信される。制御部４００の感度マッピング手段は、スイッチ４２０から送信された信号に基づいて、視標が見えるようになったときの視標の明るさに対応する値を、その視標を呈示している点における網膜感度とする。視野内の各点について同様の測定を行うことにより、制御部４００の感度マッピング手段は、視野内の網膜２２感度のマップを作成する。

他覚式視野検査は、次のようにして行われる。まず、視覚検査装置１０のＨＭ部１００を被検者の頭部に装着させる。この場合、被検者にスイッチ４２０を持たせる必要はない。制御部４００の視標呈示手段は、表示素子２４０により視野内の一点に視標を呈示させ、視標の明るさを徐々に増していく。これと同時に、光源３１０により、赤外光を被検者の眼球２０に照射し、撮像素子３４０により、被検者の眼球２０の瞳孔２１を撮像する。視標の明るさが所定の明るさ以上になると、被検者は、被検者の網膜２２が視標の光を感知することにより、視標を見ることができるようになる。このとき、被検者の瞳孔は、視標の明るさに応じて変化（縮瞳）する。制御部４００の縮瞳検出手段は、撮像素子３４０が取得した瞳孔２１の画像に基づいて画像解析を行うことにより、表示素子２４０が呈示する視標の明るさが所定の明るさ以上となったときの瞳孔２１の縮瞳を検出する。そして、制御部４００の縮瞳検出手段が瞳孔２１の縮瞳を検出したとき、制御部４００の感度マッピング手段は、縮瞳検出手段が瞳孔２１の縮瞳を検出したときに表示素子２４０が呈示していた視標の明るさを網膜２２の感度とする。視野内の各点について同様の測定を行うことにより、制御部４００の感度マッピング手段は、視野内の網膜２２感度のマップを自動的に作成する。

また他覚式視野検査は、表示素子２４０の表示面の一点に明るい視標を表示し、瞳孔径の縮小の度合いを観察することにより感度マップを作成する単一閾上刺激法を用いても良い。

＜３．実施の形態による効果＞
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果が得られる。

（ａ）本実施形態によれば、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａと、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂとを、ミラー２２０を介して互いに反射する方向に屈曲させている。これにより、視覚検査装置１０全体としての大きさを小さくすることができる。

ここで、参考までに、ヘッドマウント型の視覚検査装置における表示光学系の課題について説明する。ヘッドマウント型の視覚検査装置において、視標を呈示する表示素子を大きくすることなく、眼球に対して広い角度に亘って視標を呈示するためには、複数のレンズを組み合わせるなどして、視標の光を眼球の網膜に導く表示光学系を大きくする必要がある。表示素子を被検者の眼球に対向するように配置し、表示光学系を直線的に設けた場合では、表示光学系だけが被検者の頭部の前方に突出した状態となる。表示光学系が大きくなる分、筺体の頭部前方への突出量も大きくなる。このため、視覚検査装置全体としてのサイズが歪な形状で大きくなってしまう可能性がある。また、視覚検査装置の装着時に視覚検査装置が不安定となってしまう可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、表示光学系２００がミラー２２０を介して屈曲されている。これにより、表示光学系２００が大きくなっても、表示光学系２００だけが被検者の頭部の前方に突出した状態となることを避けることができ、筺体の頭部前方への突出量を抑えることができる。したがって、視覚検査装置１０全体としてのサイズを小さくすることができる。また、視覚検査装置１０の装着時に視覚検査装置１０を安定化させることができる。

（ｂ）本実施形態によれば、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂを、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸２８０ａに垂直な方向よりも頭部側に傾斜させている。これにより、視覚検査装置１０全体としての重量バランスを良くすることができる。

ここで、参考までに、表示光学系が大きくなった視覚検査装置において、表示素子を被検者の眼球に対向するように配置し、表示光学系を直線的に設けた場合の課題について説明する。この場合、上述のように、表示光学系だけが被検者の頭部の前方に突出した状態となる。このため、表示光学系の重心が被検者の頭部の前方に偏ってしまい、視覚検査装置の重量バランスが保たれなくなってしまう。ヘッドマウント型の視覚検査装置では、被検者の頭部が動く可能性があるため、視覚検査装置の重量バランスが悪いと、視覚検査装置が被検者の頭部からずれ落ちたり、傾いたりする可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、表示光学系２００の屈曲された側の光軸２８０ｂが頭部側に傾斜している。これにより、表示光学系２００が大きくなっても、表示光学系２００の屈曲された側の重心を頭部側に接近させることができ、表示光学系２００の重心が被検者の頭部の前方に偏ることを抑制することができる。したがって、視覚検査装置１０全体としての重量バランスを良くすることができる。被検者の頭部が動いたときであっても、表示光学系２００の屈曲された側の重心を頭部側に接近させることで、視覚検査装置１０が頭部からずれ落ちたり、傾いたりすることを抑制することができる。

（ｃ）本実施形態によれば、第１レンズ２１０は、大きな正の屈折力（パワー）を有している。具体的には、第１レンズ２１０の焦点距離ｆ１は、上述の式（２）および（３）を満たしている。さらには、第１レンズ２１０のパワーは、２０Ｄ（ディオプター）以上６０Ｄ以下である。これにより、網膜２２からの逆方向光線の場合に、広い角度に亘った網膜２２からの全ての光を、第１レンズ２１０によってミラー２２０の範囲内に収束させることができる。

ここで、参考までに、第１レンズのパワーが小さい場合の課題について説明する。第１レンズのパワーが小さい場合では、網膜からの逆方向光線の場合に、網膜からの光は、第１レンズのミラー側の位置で充分に収束されず、ミラーの位置で発散してしまう可能性がある。この状態では、網膜からの光の一部がミラーで反射されず、表示素子の位置で結像されない。この場合に網膜からの光の全てをミラーで反射させるようにするためには、ミラーを大きくしなければならず、視覚検査装置が大型化してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、第１レンズ２１０のパワーが大きいことにより、網膜２２からの逆方向光線の場合に、第１レンズ２１０の端部を通る網膜２２からの主光線の光束を、第１レンズ２１０によって屈曲させ、例えば、ミラー２２０付近の位置に結像（集光）することができる。広い角度に亘った網膜２２からの全ての光を、第１レンズ２１０によってミラー２２０の範囲内に収束させることができる。そして、第１レンズ２１０よって収束された光をミラー２２０によって反射させ、第２レンズ群２３０によって表示素子２４０の位置で結像させることができる。これらの光線の状況を逆に考えた場合、すなわち、表示素子２４０からの順方向光線の場合で言えば、所定の大きさの表示素子２４０からの視標を、第１レンズ２１０によって眼球２０に対して広い角度（画角）に亘って呈示することが可能となる。さらに、網膜２２からの全ての光を第１レンズ２１０によってミラー２２０の範囲内に収束させることができることにより、ミラー２２０自体の大型化を抑制することができ、視覚検査装置１０を小型化することが可能となる。

＜６．変形例等＞
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上述の実施形態では、制御部４００が装着具１２０の後頭部側に設けられている場合について説明したが、制御部はＨＭ部の筺体内に格納されていてもよい。また、制御部は、ＨＭ部とは別体として設けられていても良い。

上述の実施形態では、表示光学系２００の第１レンズ２１０が１枚で構成されている場合について説明したが、第１レンズは、複数枚のレンズにより構成されるレンズ群であってもよい。

上述の実施形態では、ミラー２２０がコールドミラーである場合について説明したが、ミラーは、ホットミラー、ダイクロイックミラーであってもよい。

上述の実施形態では、表示光学系２００のミラー２２０から表示素子２４０までの光軸２８０ｂが、表示光学系２００の眼球２０の瞳孔２１からミラー２２０までの光軸よりも鉛直上側に位置する場合について説明したが、表示光学系のミラーから表示素子までの光軸は、表示光学系の眼球の瞳孔からミラーまでの光軸よりも鉛直下側に位置していてもよい。

上述の実施形態では、表示光学系２００を合計４つのレンズで構成するとともに、観察光学系３００を合計２つのレンズ（そのうちの一つは表示光学系２００と共用）で構成したが、各々の光学系を構成するレンズの個数や形状、光軸方向のレンズ間隔などは、必要に応じて変更可能である。ただし、第２レンズ群２３０については、正のパワーを有するレンズと負のパワーを有するレンズを組み合わせて色収差や像倍率を補正するため、複数個のレンズで構成することが好ましい。また、ミラー２２０をダイクロイックミラーで構成してもよい。

ここで、図５および図６を用い、表示光学系の他の構成例について説明する。図５は、表示光学系の他の構成例（変形例１）を示す概略図である。図６は、表示光学系の他の構成例（変形例２）を示す概略図である。

図５に示すように、変形例１においては、表示光学系２００の第２レンズ群２３０に属する正メニスカスレンズ２３６を、図示しないレンズ移動機構により光軸方向に移動可能とした点が、上記実施形態と異なっている。この構成を採用した場合は、被検者の視力に合わせて視度を調整することが可能となる。

一方、図６に示すように、変形例２においては、表示光学系２００の第２レンズ群２３０を正レンズ２３５の追加により計４つのレンズ２３２〜２３６を用いて構成した点と、平面型の表示素子２４０の表示面の大きさを小さくした点が、上記実施形態と異なっている。この構成を採用した場合は、被検者に対して、より鮮明に視標を表示することが可能となる。また、この構成においても、正メニスカスレンズ２３６を光軸方向に移動可能な構成とすることにより、被検者の視力に合わせて視度を調整することが可能となる。

次に、図３および図４を用い、本発明に係る実施例について説明する。図３（ａ）は、実施例１の光線図であり、図３（ｂ）は、実施例２の光線図であり、図４（ａ）は、実施例３の光線図であり、図４（ｂ）は、実施例４の光線図である。図３（ａ）〜図４（ｂ）は、それぞれ、瞳孔２１を射出瞳とした逆光線追跡によるシミュレーションを行った結果を示している。なお、図３（ａ）〜図４（ｂ）において、第２レンズ群２３０は省略されている。また、図３（ａ）〜図４（ｂ）において、第１レンズおよびミラーの大きさや間隔等の比率は、実際の比率と同等に設定した。また、鉛直方向をｙ方向、ｙ方向に垂直で第１レンズ２１０の光軸に垂直な方向をｘ方向、ｙ方向に垂直で第１レンズ２１０の光軸に平行な方向をｚ方向とした。

ここでは、第１レンズ２１０のパワーの影響を調べるため、以下の条件で実施例１〜４のシミュレーションを行った。
実施例１：
第１レンズ焦点距離ｆ＝５０ｍｍ（パワー＝２０Ｄ）
α＝７０°
実施例２：
第１レンズ焦点距離ｆ＝５０ｍｍ（パワー＝２０Ｄ）
α＝８０°
実施例３：
第１レンズ焦点距離ｆ＝１８．６ｍｍ（パワー＝５４Ｄ）
α＝７０°
実施例４：
第１レンズ焦点距離ｆ＝１８．６ｍｍ（パワー＝５４Ｄ）
α＝８０°
なお、それぞれの実施例において、瞳孔２１から第１レンズ２１０に向かう光線の全画角を７０°とした。

（実施例１および２）
図３（ａ）の実施例１および図３（ｂ）の実施例２において、瞳孔２１から射出された主光線の光束がミラー２２０付近で集光し、全画角７０°に亘った全ての主光線の光束がミラー２２０の範囲内に収束されることを確認した。

また、図３（ａ）の実施例１および図３（ｂ）の実施例２では、ミラー２２０のｘ方向の必要径は、５４ｍｍ程度であった。ミラー２２０のｘ方向の必要径が瞳孔間距離（約５０ｍｍ）に近づいたため、当該ミラー２２０のｘ方向の必要径が、両眼それぞれにおけるミラー２２０を保持する鏡筒等の部材が互いに干渉しない限界の大きさとなっていた。したがって、第１レンズ２１０のパワーの下限値が２０Ｄとなることを確認した。

また、図３（ｂ）のα＝８０°とした実施例２では、ミラー２２０のｙ方向の必要径は、７９ｍｍであった。これに対して、図３（ａ）のα＝７０°とした実施例１では、ミラー２２０のｙ方向の必要径は、７２ｍｍであった。したがって、α≦７０°とすることにより、第１レンズ２１０からミラー２２０に照射される光の範囲を小さくすることができ、ミラー２２０の鉛直方向の必要径を小さくすることができることを確認した。また、図３（ａ）のα＝７０°とした実施例１では、瞳孔２１から射出された光が、ミラー２２０を介して、図３（ｂ）のα＝８０°とした実施例２よりも頭部側に反射されることを確認した。したがって、α≦７０°とすることにより、第２レンズ群２３０および表示素子２４０の重心をさらに頭部側に配置することが可能となることを確認した。

（実施例３および４）
図４（ａ）の実施例３および図４（ｂ）の実施例４においても、瞳孔２１から射出された主光線の光束がミラー２２０付近で集光し、全画角７０°に亘った全ての主光線の光束がミラー２２０の範囲内に収束されることを確認した。

また、図４（ａ）の実施例３および図４（ｂ）の実施例４の光学系は、第１レンズ２１０のパワーが大きくなることにより、図３（ａ）の実施例１および図３（ｂ）の実施例２の光学系よりも小型化されることを確認した。

一方で、図４（ａ）の実施例３および図４（ｂ）の実施例４では、第１レンズ２１０のパワーが大きくなることにより、瞳孔２１と第１レンズ２１０との距離が近くなったため、当該瞳孔２１と第１レンズ２１０との距離が、第1レンズ２１０が被検者のまつ毛や瞼と干渉しない限界の距離となっていた。したがって、第１レンズ２１０のパワーの上限値が６０Ｄとなることを確認した。

１０ 視覚検査装置
２０ 眼球
２１ 瞳孔
２２ 網膜
１００ ヘッドマウント（ＨＭ）部
１１０ 筺体（装着本体）
１２０ 装着具
２００ 表示光学系
２１０ 第１レンズ
２２０ ミラー
２３０ 第２レンズ群
２３２ 正レンズ
２３４ 負レンズ
２３５ 正レンズ
２３６ 正メニスカスレンズ
２４０，２４０Ｒ，２３０Ｌ 表示素子
２８０ａ，２８０ｂ 光軸
３００ 観察光学系
３１０ 光源
３２０ 撮像レンズ
３４０ 撮像素子
３８０ａ 光軸
４００ 制御部（コンピュータ部）
４２０ スイッチ

Claims (7)

1. 被検者の頭部に装着されるヘッドマウント型の視覚検査装置であって、
   前記被検者の眼球に対して視標を呈示する表示素子と、
   前記表示素子に呈示される前記視標の光を前記眼球の網膜に導く表示光学系と、
   前記眼球を撮像する撮像素子と、
   前記眼球の像を前記撮像素子に導く観察光学系と、
   を有し、
   前記表示光学系は、前記表示素子よりも前記眼球側に、特定の波長の光を反射し、その他の光を透過するミラーを有し、
   前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸と、前記観察光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸とが一致しており、
   前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸と、前記表示光学系の前記ミラーから前記表示素子までの光軸とは、前記ミラーを介して屈曲されている視覚検査装置。
2. 前記表示光学系の前記ミラーから前記表示素子までの光軸は、前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸に垂直な方向よりも頭部側に傾斜している請求項１に記載の視覚検査装置。
3. 前記表示光学系の前記眼球の瞳孔から前記ミラーまでの光軸と、前記表示光学系の前記ミラーから前記表示素子までの光軸とのなす角度をαとしたとき、以下の式（１）を満たす請求項１又は２に記載の視覚検査装置。
   ４０°＜α＜９０° ・・・（１）
4. 前記表示光学系は、
   前記眼球と前記ミラーとの間に設けられ、光軸が前記眼球の瞳孔の中心を通過するよう設けられる第１レンズと、
   前記ミラーと前記表示素子との間に設けられ、前記第１レンズの光軸に対して前記ミラーを介して反射する方向の光軸上に設けられる第２レンズ群と、
   を有し、
   前記観察光学系は、前記第１レンズを前記表示光学系と共有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の視覚検査装置。
5. 前記第１レンズの焦点距離は、前記第１レンズから前記第２レンズ群までの光学的距離よりも短い請求項４に記載の視覚検査装置。
6. 前記第１レンズのパワーは、２０Ｄ以上６０Ｄ以下である請求項４又は５に記載の視覚検査装置。
7. 前記表示素子の対角長は、１．５インチ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の視覚検査装置。