KR100467103B1 - 각막 토포그래퍼 및 각막 표면 형상 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피검안의 각막곡률 뿐만 아니라 각막 중심 영역의 형상을 측정할 수 있으며, 굴절력 측정 기능을 더욱 구비할 수 있는 각막 토포그래퍼에 관한 것으로서, 피검안자의 시선을 고정시키기 위한 이미지를 생성하는 챠트 이미지 생성부; 피검안자의 각막에 동일중심을 가지는 다수의 링형상의 측정광을 조사하는 측정 광원; 피검자의 각막으로부터 반사되는 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기; 및 첨부 측정용 광학계를 포함하며, 상기 첨부 측정용 광학계는 각막 첨부측정광을 조사하는 첨부측정 광원; 상기 첨부측정 광원에서 출사된 첨부측정광을 분할하는 첨부 빔스플리터; 상기 빔스플리터에 의하여 분할된 하나의 첨부측정광을 피검안의 각막 첨부로 조사하며, 각막 첨부면을 따라 수평이동이 가능한 첨부측정광 조사부; 상기 빔스플리터에 의하여 분할된 다른 첨부측정광을 스캐닝 미러로 조사하는 시준기; 및 상기 스캐닝 미러에서 반사된 광 및 상기 각막 첨부에서 반사된 광이 합쳐져서 간섭하는 광신호를 검출하는 첨부측정 광검출기를 포함하는 각막 표면 형상 측정용 검안기를 제공한다.

Description

각막 토포그래퍼 및 각막 표면 형상 측정 방법 {Topographer for mapping of corneal surface and method for mapping of corneal surface with refractometer function}

본 발명은 각막 토포그래퍼 및 각막 표면 형상 측정 방법 에 관한 것으로서,더욱 상세하게는 피검안의 각막 중심 영역의 형상을 측정할 수 있으며, 굴절력 측정 기능을 더욱 구비할 수 있는 각막 토포그래퍼 및 각막 표면 형상 측정 방법에 관한 것이다.

각막 표면 형상 측정용 검안기는 라식 수술자의 수술 전후의 각막 형상 측정이나 콘택트렌즈 처방 시 유용하게 사용되는 안과 및 안경점 전용 계측 장비이다. 이와 같이 각막 표면 형상을 측정하기 위한 전용 장비를 각막 토포그래퍼(corneal topographer)라 하며, 최근에는 각막의 외피 뿐 만 아니라 내피 형상을 측정하여, 각막의 각 위치별 두께를 측정할 수 있는 토포그래퍼가 개발되어 사용되고 있다. 초기의 토포그래퍼는 각막에서 반사가 잘되는 적외선(Infrared: IR) 파장의 LED 빛을 단일링 형태의 조명광으로 각막에 입사시키고, 각막에서 반사된 이미지가 2차원 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD)에 형성되도록 한 다음, 그 이미지를 분석하여 피검안의 곡률을 측정하는 구조를 가졌으며, 그 후 각막의 표면 형상을 측정하기 위하여 조명 링의 수를 증가시켜, 각막에서 반사된 다수 개의 조명 링의 이미지를 분석하여 피검안의 2차원 곡률 분포를 측정할 수 있도록 개량되었다. 또한, 최근에는 각막 표면 형상뿐 만 아니라, 피검안자의 시 굴절력도 함께 측정할 수 있는 복합 기능의 검안기도 개발되어 사용되고 있다.

도 1은 통상적인 각막 토포그래퍼의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 각막 토포그래퍼는 피검안자의 시선을 고정시키기위한 이미지를 조사하는 챠트 이미지 생성부(20), 토포그래퍼에 대하여 피검안자의 눈의 위치를 고정시키기 위한 조준광을 조사하는 조준 광원(30), 피검안자의 각막에 동일중심을 가지는 링형상의 측정광을 조사하는 측정 광원(32) 및 피검자의 각막(2)으로부터 반사되는 조준광 및 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기(40)를 포함한다. 상기 챠트 이미지 생성부(20)는 가시광선을 조사하는 램프(22) 및 상기 램프(22)로부터 조사되는 광을 통과시키며 피검안자에게 보여지는 이미지를 생성하는 챠트(24)로 이루어진다.

이와 같은 종래의 토포그래퍼의 동작을 설명하면, 먼저 챠트 이미지 생성부(20)의 램프(22)에서 출사된 가시광선이 챠트(24)를 통과하면서 이미지를 형성하고, 챠트(24)에서 형성된 이미지는 제1 릴레이렌즈(relay lens, 25), 반사 미러(26), 제2 및 제3 릴레이 렌즈(27, 28), 제1 및 제2 빔스플리터(Beam splitter) 미러(35, 36), 및 각막(2)을 통해 망막(3)에 이미지를 형성한다. 피검안자는 이와 같이 형성된 이미지에 시선을 고정함으로서, 피검안(1)의 위치 이동에 따른 각막 형상 측정의 오류를 방지할 수 있다. 피검안자의 시선이 고정되면, 조준 광원(30)에서 조준광이 조사되며, 조준광은 대물렌즈(34)와 제1 빔스플리터 미러(35)를 통과하여, 각막(2)에 조준광의 이미지를 생성하며, 각막(2)에서 반사된 이미지는 제1 빔스플리터 미러(35)에서 일부 반사되고, 상기 미러(35)에서 반사된 이미지는 제3 릴레이렌즈(28), 제2 빔스플리터 미러(36), 제4 릴레이렌즈(37)를 통과하여 광검출기(40)에 각막(2)에 형성된 이미지를 생성한다. 검안자는 상기 광검출기(40)에 형성된 조준광의 이미지가 가장 선명하게 나타나도록 토포그래퍼의 위치를 이동함으로서 토포그래퍼에 대한 피검안자의 눈의 위치를 고정한다.

피검안자의 시선 및 피검안(2)의 위치가 고정되면, 측정 광원(32)으로부터 피검안자의 각막(2)에 동일중심을 가지는 다수의 링형상의 측정광이 조사되며, 각막(2)에서 반사되는 측정광은 제1 빔스플리터 미러(35), 제3 릴레이렌즈(28), 제2 빔스플리터 미러(36) 및 제4 릴레이렌즈(37)를 통하여 각막(2)에 형성된 링형상의 측정광 이미지를 광검출기(40)에 생성한다. 상기 광검출기(40)에 형성된 측정광의 이미지는 피검안(1)의 각막 형상에 따라 형태가 달라지므로, 토포그래퍼 내부의 연산 장치를 이용하여 광검출기(40)에 형성된 이미지를 해석함으로서, 피검안자의 각막 표면 형상 및 곡률을 측정할 수 있다.

이와 같은 통상적인 토포그래퍼는 플래시도 링(Placido Ring) 형태의 LED로 이루어진 측정 광원(32)으로부터 피검안자의 각막(2)에 조사된 이미지가 각막(2)에서 반사되어 2차원 CCD 등의 광검출기(40)에 이미지를 형성하도록 하고, 그 이미지의 크기와 모양을 분석하여 각막 외피의 형상 및 곡률을 계산하는 것이며, 최근에는 플래시도 링 광원을 사용하여 각막 외피 형상을 측정한 후, 슬릿 형태의 빛을 각막에 경사 입사시키고, 각막 내피에서 반사하는 광을 2차원 CCD로 분석하여, 각막 내, 외피의 형상 뿐 만 아니라 두께도 측정할 수 있는 기술이 개발되고 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 통상적인 토포그래퍼에 있어서는 측정 광원(32)으로부터 피검안자의 각막(2)에 조사되는 링형상의 측정광이 각막(2) 첨부에서 반사되어 전달 광학계를 통하여 CCD 등의 광검출기(40)에 이미지를 형성하는 것이 구조적으로 불가능하기 때문에 볼록(convex) 형태의 각막 첨부 약 1mm 영역의 형태 및 두께 측정이 불가능한 단점이 있다. 즉, 통상의 토포그래퍼는 각막 정점을 중심으로 하는 직경 1mm내의 각막 표면 형상이나 두께, 그리고 내피 형상을 정확히 측정할 수 없으므로, 라식 수술 후 재수술을 수행하는 경우 정확한 각막의 형태를 알지 못하고 경험에 의존하여 수술을 수행하고 있는 실정이다. 또한 전체 토포그래퍼의 광학 구조가 렌즈와 미러로 구성되므로, 기기를 매우 정밀하게 조립하여야 하며, 기기를 사용함에 따라 기기의 정확도가 저하되는 단점이 있다.

다음으로, 도 2를 참조하여 통상적인 시 굴절력 측정용 검안기(Refractometer)에 대하여 설명한다. 도 2는 각막 곡률 반경 측정 기능을 더욱 구비한 통상적인 굴절력 측정기의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 굴절력 측정기는 피검안의 시선을 고정하며, 초점을 흐리게 하는 운무과정(fogging)을 수행하기 위한 챠트 이미지 생성부(20), 피검안(1)의 망막(3)에 굴절력 측정광을 주사하기 위한 측정 광원(10), 피검안(1)의 망막(3)에서 반사된 측정광이 입사되는 측정광 검출부(12), 및 운무과정을 수행하기 위하여 피검안(1)의 망막(3)에서 반사된 챠트 이미지를 검출하는 광검출기(40)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 시 굴절력 측정기는 각막 곡률 반경을 측정하기 위한 원형 측정광을 출사하는 마이어 링(5)을 더욱 포함하고 있다.

이와 같은 굴절력 측정기의 동작을 설명하면, 상기 챠트 이미지 생성부(20)의 램프(22)에서 출사된 가시광선이 챠트(24)를 통과하면서 이미지를 형성하고, 챠트(24)에서 형성된 이미지는 제1 릴레이렌즈(25), 반사 미러(26), 제2 및 제3 릴레이 렌즈(27, 28), 제1 및 제2 빔스플리터 미러(35, 36)를 통하여 피검안(1)의 망막(3)에 챠트 이미지를 형성한다. 각막(2)에서 반사된 조명광에 의한 눈의 이미지는 제1 및 제2 빔스플리터 미러(35, 36), 제3 릴레이렌즈(28), 제4 릴레이렌즈(37)를 거쳐 광검출기(40)로 입사된다. 광검출기(40)에서 눈의 이미지를 관찰하여 눈과 검안기의 광축을 일치시킨 후, 제1 릴레이렌즈(25)를 이동시켜 피검안(1)의 타겟에 대한 초점을 맞춘다. 이와 같이 피검안(1)의 초점이 맞아 있는 상태에서, 위치를 모터로 가변할 수 있는 제1 릴레이렌즈(25)의 위치를 이동시켜 피검안(1)의 초점이 맞지 않는 상태로 만드는 운무과정을 수행한다. 이와 같은 운무과정을 거치면 피검안(1)의 수정체가 이완된 상태에 있게 되고, 이 상태에서 굴절력을 측정한다.

이와 같이 운무과정을 수행한 다음, 측정 광원(10)으로부터 굴절력 측정광을 출사한다. 측정 광원(10)으로부터 출사된 측정광은 제5 릴레이렌즈(11)에서 집속되어 홀미러(19)의 중심을 통과하며, 대물렌즈(34) 및 제1 빔스플리터 미러(35)를 거쳐 피검안(1)의 망막(3)으로 입사된다. 망막(3)에서 반사된 측정광은 제1 빔스플리터 미러(35)를 거쳐, 홀미러(19)에서 반사되고, 6홀 플레이트(13)에서 6개의 측정광으로 분리된 다음, 제6 릴레이렌즈(14)에서 집속되어, 광검출기(15)로 입사된다. 상기 6홀 플레이트(13)에서 분리된 6개의 측정광의 진행방향은 피검안(1)의 굴절력에 따라 달라지므로, 광검출기(15)에 형성된 6개의 측정광의 위치를 이용하여 피검안(1)의 굴절력을 계산할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 검안기를 이용하여 각막 곡률 반경을 측정하는 경우에는 피검안(1)의 전면에 장치된 마이어 링(5)으로부터 원형광을 피검안(1)의 각막에 입사시키고, 피검안(1)의 각막에서 반사된 빛은 제1 및 제2 빔스플리터 미러(35, 36)를 통해 광검출기(40)로 입사되며, 광검출기(40)로 입사된 원형광의 찌그러진 정도로부터 피검안(1)의 각막 곡률 반경을 측정할 수 있다.

이와 같은 통상적인 검안기에 사용된 광학부품은 모두 광학 베이스(base)에 고정되어 있고, 피검안의 굴절력 변화에 따른 광검출기(15)에 형성되는 6점 이미지의 크기 변화가 커서, 측정 오차가 커지는 단점이 있다. 또한 망막(2)에서 반사된 신호는 신호 수광부인 CCD 광검출기(15)와 망막(2)사이에 놓여 있는 광학부품의 면에서 반사하는 신호와 겹쳐서 데이터의 왜곡을 가져오므로, 이를 피하기 위하여 LED에서 피검안으로 입사하는 광이 눈의 광축에 대하여 각도를 가지고 입사하도록 광학계를 구성하는 경우도 있으나, 이와 같은 경우 난시가 전혀 없는 고 굴절력의 눈이나 모델아이의 CCD에 맺히는 6점 데이터는 그 형태가 대칭(symmetric)이 되지 않아 측정 데이터에 오차를 유발할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 토포그래퍼로는 측정할 수 없는 각막의 측정 사각 부분의 형상 및 두께를 정확히 측정할 수 있는 각막 토포그래퍼를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광학계의 일부를 광섬유 광학계로 구성하여 기기의 측정 정밀도 및 수명을 향상시킬 수 있는 각막 토포그래퍼를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 피검안의 굴절력 변화에 따른 굴절력 측정 오차를 줄일 수 있는 시 굴절력 측정기능을 더욱 구비한 각막 토포그래퍼를 제공하는 것이다.

도 1은 통상적인 각막 토포그래퍼의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2는 각막 곡률 반경 측정 기능을 더욱 구비한 통상적인 굴절력 측정기의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 토포그래퍼의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각막 토포그래퍼의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각막 토포그래퍼에 사용되는 집속 및 굴절기능을 모두 가지는 미소렌즈 어레이의 평면도 및 단면도.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 피검안자의 시선을 고정시키기 위한 이미지를 생성하는 챠트 이미지 생성부; 피검안의 각막에 동일중심을 가지는 링형상의 측정광을 조사하는 측정 광원; 피검안의 각막으로부터 반사되는 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기; 및 첨부 측정용 광학계를 포함하며, 상기 첨부 측정용 광학계는 각막 첨부측정광을 조사하는 첨부측정 광원; 상기 첨부측정 광원에서 출사된 첨부측정광을 분할하는 첨부 빔스플리터; 상기 빔스플리터에 의하여 분할된 하나의 첨부측정광을 피검안의 각막 첨부로 조사하며, 각막 첨부면을 따라 수평이동이 가능한 첨부측정광 조사부; 상기 빔스플리터에 의하여 분할된 다른 첨부측정광을 스캐닝 미러로 조사하는 시준기; 및 상기 스캐닝 미러에서 반사된 광 및 상기 각막 첨부에서 반사된 광이 합쳐져서 간섭하는 광신호를 검출하는 첨부 측정광검출기를 포함하는 각막 표면 형상 측정용 검안기를 제공한다.

여기서, 상기 첨부측정 광원, 첨부 빔스플리터, 첨부측정광 조사부, 시준기 및 첨부측정 광검출기는 광을 전달하는 광섬유로 연결된 마이켈슨 간섭계를 이루는 것이 바람직하다. 또한, 상기 검안기는 상기 첨부측정광 조사부로부터 출사되어 피검안의 망막에서 반사되는 측정광을 검출하여, 피검안의 굴절력을 산출하기 위한 수광부로서, 반사된 측정광을 다수의 광신호로 분할하는 홀 플레이트 및 상기 홀 플레이트를 통과한 다수의 광신호를 검출하기 위한 광검출부를 더욱 포함하며, 상기 플레이트와 상기 광검출부의 사이에는 상기 홀 플레이트를 통과한 다수의 광신호를 각각 집속 및 굴절시키는 미소렌즈 어레이가 장착되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 피검안자에게 챠트 이미지를 주사하여 피검안자의 시선을 고정하는 과정; 검안기에 대한 피검안자의 눈의 위치를 고정하는 과정; 동일중심을 가지는 링형상의 측정광을 피검안자의 각막으로 조사하고, 반사된 광을 검출하여 각막 첨부를 제외한 피검안자 각막 외곽 표면 형상을 측정하는 과정; 및 첨부측정광을 분할하여 분할된 광 중 하나를 피검안의 각막 첨부로 입사시키고, 분할된 광 중 다른 하나를 스캐닝 미러에 입사시킨 후, 각막 첨부에서 반사된 광 및 스캐닝 미러에서 반사된 광을 합친 후, 그 간섭세기로부터 각막 첨부의 형상을 측정하는 과정을 포함하는 각막 표면 형상 측정 방법을 제공한다. 여기서, 상기 각막 첨부의 형상을 측정하는 과정은 상기 피검안의 각막 첨부로 입사되는 광을 각막 첨부면을 따라 이동시키고, 상기 스캐닝 미러를 스캐닝 미러에 입사하는 광의 축방향으로이동시키면서 각막 첨부 영역의 형상 및 두께를 측정하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위하여 종래 기술에서와 동일한 기능을 수행하는 부재에는 동일한 도면 부호를 부여하였다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 각막 표면 형상 측정용 토포그래퍼(Topographer)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 검안기는 피검안자의 시선을 고정시키기 위한 이미지를 생성하는 챠트 이미지 생성부(20), 피검안자의 각막(2)에 동일중심을 가지는 링형상의 측정광을 조사하는 측정 광원(32), 및 피검자의 각막(2)으로부터 반사되는 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기(40)를 포함한다. 여기서, 상기 챠트 이미지 생성부(20)는 가시광선을 조사하는 램프(22) 및 상기 램프(22)로부터 조사되는 가시광선을 통과시키며 피검안자에게 보여지는 이미지를 생성하는 챠트(24)로 이루어진다. 또한, 상기 측정 광원(32)으로는 통상적인 토포그래퍼에 사용되는 플래시도 링(Placido Ring) 형상의 발광소자(LED) 배열이 사용될 수 있으며, 상기 광검출기(40)로는 통상적인 전하결합소자(Charge Coupled Device: CCD)를 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 검안기는 각막 첨부의 두께 및 형상을 측정하기 위한 수단으로서, 각막 첨부측정광을 조사하는 첨부측정 광원(91), 상기 첨부측정 광원(91)에서 출사된 첨부측정광을 분할하는 첨부 빔스플리터(Beam splitter, 92), 상기 빔스플리터(92)에 의하여 분할된 첨부측정광을 피검안(1)의 각막 첨부로 조사하며, 첨부면을 따라 수평과 수직 이동이 가능한 첨부측정광 조사부(93), 상기 빔스플리터(92)에 의하여 분할된 첨부측정광을 스캐닝 미러(95)로 조사하는 시준기(collimator, 94) 및 상기 스캐닝 미러(95)에서 반사된 광 및 상기 각막(2) 첨부에서 반사된 광이 합쳐져서 간섭하는 광신호를 검출하는 첨부측정 광검출기(96)를 포함한다. 여기서 상기 첨부측정 광원(91), 첨부 빔스플리터(92), 첨부측정광 조사부(93), 시준기(94) 및 첨부측정 광검출기(96)는 마이켈슨 간섭계를 형성하며, 상기 마이켈슨 간섭계의 각 요소들은 광을 전달하는 광섬유로 연결되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 검안기의 동작을 설명하면, 먼저 챠트 이미지 생성부(20)의 램프(22)에서 출사된 가시광선이 챠트(24)를 통과하면서 피검안자에게 보여지는 이미지를 형성한다. 상기 챠트(24)에 의하여 형성되는 이미지는 필요에 따라 적절한 형상을 가지며, 예를 들면 기하 패턴, 동물 모양, 풍경, 만화 등의 이미지일 수 있다. 상기 챠트(24)에서 형성된 이미지는 제1 릴레이(relay)렌즈(25)에서 집속되고, 반사 미러(26)에서 반사되며, 상기 반사 미러(26)에서 반사된 이미지는 제2 및 제3 릴레이 렌즈(27, 28)를 통과하고, 빔스플리터형 전반사 홀(hole) 미러(88)에서 반사되어 각막(2)을 통해 피검안(1)의 망막(3)에 챠트 이미지를 형성한다. 피검안자는 이와 같이 형성된 이미지에 시선을 고정함으로서 시선 이동, 즉 피검안(1)의 위치 이동에 따른 각막 형상 측정의 오류를 방지할 수 있다.

피검안자의 시선이 고정되면, 첨부측정광 조사부(93)를 각막(2)의 첨부(4) 방향으로 고정한 후, 첨부측정 광원(91)으로부터 첨부측정광을 출사시킨다. 첨부측정 광원(91)으로부터 출사된 첨부측정광은 첨부 빔스플리터(92)에서 분할되고, 분할된 일부의 첨부측정광은 대물렌즈(34) 및 전반사 홀 미러(88)를 통해 각막(2) 첨부(4)로 조사된다. 각막(2)에서 반사된 첨부측정광의 이미지는 전반사 홀 미러(88)에서 반사되며, 전반사 홀 미러(88)에서 반사된 이미지는 제3 릴레이렌즈(28)에서 집속된 후, 검출 빔스플리터(36)에서 반사되고, 다시 제4 릴레이렌즈(37)에서 집속되어, 각막(2) 첨부(4)에 형성된 첨부측정광의 이미지를 광검출기(40)에 생성한다. 검안자는 상기 광검출기(40)에 형성된 이미지가 가장 선명하게 나타나도록 검안기의 위치를 이동함으로서, 검안기에 대한 피검안자의 눈의 위치를 고정한다.

검안기에 대한 피검안자의 시선 및 피검안(2)의 위치가 고정되면, 측정 광원(32)을 가동하여 각막 첨부(4) 부분을 제외한 각막(2)의 형상을 측정하고, 첨부측정광 조사부(93)를 각막 첨부(4) 면을 따라 수평이동 시키면서, 첨부측정 광원(91)을 가동하여 각막 첨부(4)의 형상을 측정한다.

먼저, 각막(2) 외곽 형상 측정 과정을 설명하면, 측정 광원(32)으로부터 동일중심을 가지는 링형상의 측정광이 피검안자의 각막(2)으로 조사되어 반사된다. 각막(2)에서 반사되는 측정광은 전반사 홀 미러(88)에서 반사되어, 제3 릴레이렌즈(28)에서 집속된 후, 측정 빔스플리터(36)에서 반사되고 제4 릴레이렌즈(37)에서 집속되어, 각막(2)에 형성된 링형상의 측정광 이미지를 광검출기(40)에 생성한다. 이와 같이 광검출기(40)에 형성된 측정광의 이미지는 피검안(1)의 각막(2) 외곽의 형상에 따라 그 형태가 달라지므로, 검안기의 연산 장치를 이용하여 광검출기(40)에 형성된 이미지를 해석함으로서, 각막 첨부(4)를 제외한 피검안자 각막(2)의 전반적인 외곽 표면 형상 및 각막곡률을 측정할 수 있다.

각막 첨부(4)의 내, 외각 형상과 두께를 측정하는 광학부는 전체적으로 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)의 구조를 가지며, 바람직하게는 광섬유를 이용하여 마이켈슨 간섭계를 형성한 것이다. 이와 같은 간섭계를 이용하여 각막 첨부(4)의 형상을 측정하기 위해서는, 먼저 첨부측정 광원(91)을 가동하여 각막 첨부측정광을 출사시킨다. 출사된 첨부측정광은 첨부 빔스플리터(92)에서 분할되어 일부는 첨부측정광 조사부(93)를 통하여 각막(2)으로 입사되고, 일부는 시준기(collimator, 94)를 통하여 스캐닝 미러(scanning mirror, 95)로 입사된다. 각막 첨부(4)에서 반사된 광 및 스캐닝 미러(95)에서 반사된 광은 간섭계로 되돌아와 빔스플리터(92)에서 간섭하면서 합쳐져, 첨부측정 광검출기(96)로 입사되어 그 간섭세기가 측정된다. 즉, 각막(2)에서 반사되어 돌아오는 광의 경로와 스캐닝 미러(95)에 의하여 반사되어 간섭계로 되돌아오는 광이 3dB 커플러의 기능을 하는 빔스플리터(92)에서 합쳐진다. 각막 첨부(4)로 입사되는 광의 경로는 각막 첨부(4)의 내 외피 형상을 측정하기 위하여 수 십 내지 수 백㎛ 스텝으로 이동할 수 있는 스테이지(82) 위에 고정되어 있으므로, 상기 스테이지(82)를 이동시키면서 각막 첨부(4)의 형상을 측정할 수 있으며, 상기 스캐닝 미러(95)는 시준기(94)에서 출사되는 광의 축방향으로 이동 가능하므로, 상기 스캐닝 미러(95)의 위치를 변동시키면, 각막 첨부(4)의 두께에 따른 형상을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 스테이지(82) 및 스캐닝 미러(95)의 위치를 변동시키면서 형상 측정을 수행하여 각막 첨부(4) 약 1mm 이내의 측정 사각 부분의 형상 및 두께를 정확히 측정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각막 표면 형상 측정용 토포그래퍼의 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 4에 도시된 토포그래퍼는 굴절력 측정을 위한 광학부를 더욱 구비하고 있는 점이 도 3에 도시된 토포그래퍼와 다른 점이다. 이와 같은 굴절력 측정 광학부는 측정 광원으로서 첨부측정광 조사부(93)로부터 출사되는 측정광을 이용하며, 피검안(1)의 망막(3)에서 반사된 측정광을 검출하기 위한 수광부로서, 반사된 측정광을 다수개, 바람직하게는 6개로 분할하는 홀 플레이트(56), 미소 렌즈 어레이(58) 및 광검출기(59)를 포함하며, 망막(3)에서 반사된 첨부측정광을 상기 수광부로 유도하기 위한 제5 릴레이렌즈(52) 및 굴절광 빔스플리터(54)가 상기 측정광의 반사 경로 상, 예를 들면, 측정 빔스플리터(36) 및 제2 릴레이렌즈(27) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 피검안자의 시 굴절력에 따라 챠트(24)의 이미지가 망막(3)에 맺힐 수 있도록 제1 릴레이렌즈(25)를 이동시키는스테이지가 챠트(24) 앞에 설치되어, 가굴절력 측정 및 운무과정을 수행하도록 되어 있다.

도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 각막 표면 형상 측정용 검안기에서, 피검안(1)의 굴절력을 측정하기 위해서는 챠트 이미지 생성부(20)를 이용하여 가굴절력의 측정 및 운무과정을 수행한다. 상기 챠트 이미지 생성부(20)의 램프(22)에서 출사된 가시광선은 챠트(24)를 통과하면서 이미지를 형성하고, 챠트(24)에서 형성된 이미지는 제1 릴레이렌즈(25)에서 집속되고, 반사 미러(26)에서 반사되며, 제2 및 제3릴레이 렌즈(27, 28)에서 집속되고, 전반사 홀 미러(88)에서 다시 반사되어 피검안(1)의 망막(3)에 이미지를 형성한다. 여기서 상기 제1 릴레이렌즈(25)는 광축 방향으로 이동 가능하도록 되어 있으므로, 피검안(1)의 망막(3)에 형성된 챠트 이미지를 광검출기(40)를 통하여 관찰하면서, 제1 릴레이렌즈(25)를 이동시켜 피검안(1)의 초점을 맞춘다. 이와 같이 피검안(1)의 초점이 맞아 있는 상태에서, 제1 릴레이 렌즈(25)의 위치를 이동시켜 피검안(1)의 초점이 맞지 않는 상태로 만드는 운무과정을 수행한다. 이와 같은 운무과정을 거치면 피검안(1)의 수정체가 이완되고, 이 상태에서 굴절력을 측정한다.

운무과정을 수행한 다음, 첨부측정광 조사부(93)로부터 피검안(1)의 망막(3)으로 측정광을 출사한다. 출사된 측정광은 망막(3)에서 반사된 후, 전반사 홀 미러(88)에서 반사된 후, 제3 및 제5 릴레이렌즈(28, 52)를 거쳐, 굴절광빔스플리터(54)에서 반사되어 수광부(50)로 입사된다. 눈의 망막(3)에서 반사되어 나오는 빛의 진행 방향은 피검안(1)의 굴절력에 따라 달라지므로, 수광부(50)로 입사된 굴절력 측정광을 6홀 플레이트(56)에서 6개의 측정광으로 분리한 다음, 미소렌즈 어레이(58)에서 집속 및 굴절시켜, 광검출기(59)로 입사시킨다. 광검출기(59)에 형성되는 6점 이미지는 피검안(1)의 굴절력에 따라 그 형태가 변동되므로, 6점의 측정광이 이루는 타원의 장축과 단축의 길이로부터 피검안의 구형(spherical) 굴절력과 실린더(cylinder) 굴절력을 산출할 수 있다.

도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 검안기에 있어서는 집속 및 굴절기능을 모두 가지는 미소렌즈 어레이(58)를 사용하여 피검안의 시 굴절력 변화에 따른 굴절력 측정 오차를 줄이도록 고안되어 있다. 도 5는 이와 같이 집속 및 굴절기능을 모두 가지는 미소렌즈 어레이의 한 예를 나타낸 것으로서, A 및 B는 각각 이와 같은 미소렌즈 어레이(58)의 평면도 및 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 검안기에 사용되는 미소렌즈 어레이(58)는 6홀 플레이트(56)를 통과하여 분리된 6개의 광이 각각 집속되도록 상기 6개의 분리된 광이 진행하는 경로에 각각 위치한 6개의 볼록렌즈로 이루어진 집속렌즈부(60)가 미소렌즈어레이(58)의 전면에 형성되어 있고, 상기 집속렌즈부(60)에서 집속된 6개의 광을 광검출기의 중심 방향으로 굴절시키는 굴절렌즈부(62)가 상기 미소렌즈 어레이(58)의 후면에 형성되어 있다. 여기서 상기 플레이트(56) 및 상기 집속렌즈부(60)를 구성하는 볼록렌즈의 개수는 반드시 6개일 필요는 없으며, 피검안의 굴절력을 계산하기 위한 최소한의 정보를 포함하도록 그 개수를 설정할 수 있다.

이와 같이 전면에는 집속렌즈부(60)를 위치시키고, 후면에는 굴절렌즈부(62)를 위치시킴에 의하여 피검안(1)의 굴절력에 따라 민감하게 변동하는 측정광 이미지를 광검출기(59)에 정밀하게 형성할 수 있다. 즉, 시 굴절력 측정 시, 굴절력 값에 따라 망막(2)에서 반사되어 온 빛이 광검출기(59)에 정확히 초점이 맺도록 6개의 미소 렌즈 어레이로 집속 및 굴절시켜, 피검안의 굴절력에 따른 6점 데이터의 왜곡을 방지하여 측정 오차를 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 검안기는 피검안(1)으로 입사되는 챠트 이미지의 진행경로 및 피검안(1)에서 반사되는 광의 진행 경로에 대하여 굴절 광학계와 각막 표면 형상 측정용 광학계가 병렬로 배치, 즉 상기 굴절력을 산출하기 위한 광검출기(59)로 입사되는 광 및 상기 피검자의 각막(2)으로부터 반사되는 링형상의 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기(50)로 입사되는 광이 피검안에서 반사되는 광의 진행 경로에 대하여 수직으로 진행하도록 되어 있다. 이와 같이 굴절 광학계와 각막 표면 형상 측정용 광학계를 병렬로 배치함으로서, 기존 방식이 가지는 단점인 피검안의 광축에 각도를 가지고 LED광을 망막에 입사함으로서 측정 데이터에 에러를 유발했던 단점을 보완할 수 있는 추가적인 장점이 있다.

다음으로 도 4에 도시된 검안기를 이용하여 피검안의 시 굴절력 측정 및 표면 형상을 연속적으로 측정하는 방법의 일 예를 설명하나, 피검안의 시 굴절력 및 표면 형상은 각각 독립적으로 측정될 수도 있으며, 순서를 바꾸어 실시될 수도 있다.

피검안(1)의 시 굴절력 측정 및 표면 형상을 연속적으로 측정하기 위하여, 먼저 검안기 헤드 앞단의 조명광을 턴온(turn-on)시키고, 검안기를 이동시켜 검안기의 광학헤드와 피검안을 근사적으로 일치시키고, 피검안의 초점을 찾는다. 피검안의 초점을 찾는 과정이 완료되면 검안기의 제1 릴레이렌즈(25)를 구동하는 스테이지는 자동으로 고정된다. 이때 챠트(24) 및 굴절력 측정부의 광검출기(59) 앞단의 렌즈를 기준점에 위치시킨 후, 피검안의 시 굴절력을 가 측정하고, 여기서 얻어진 가 측정값을 가지고 챠트(24)와 광검출기(59) 앞단의 렌즈를 이동시켜, 운무과정을 수행한 다음, 통상의 방법에 따라 시 굴절력을 측정한다. 시 굴절력이 측정된 후, 플라시도 링(Placido Ring)의 LED를 작동시킨 다음, 광검출기(40)로 그 이미지를 얻고, 얻어진 각막 외피의 2차원 형상과 시 굴절력 값을 화면에 디스플레이한다.

이 과정이 완료되면 마지막 과정인 각막 첨부(4)의 내 외피 형상을 측정한다. 각막 첨부의 내 외피 형상은 마이켈슨 간섭계 양팔의 끝단에 위치한 첨부측정광 조사부(93)와 스캐닝 미러(95)가 장착된 스테이지를 각각 수평 및 수직 방향으로 이동시켜 각막(2) 내, 외피의 2차원 형상과 각막 세포 측정을 수행한다. 스캐닝 미러(95)가 놓여 있는 스테이지는 각막(2)의 깊이별 형상을 측정할 수 있게 하여 주고, 각막(2) 앞의 첨부측정광 조사부(93)가 놓여 있는 스테이지는 각막의 2차원 형상을 측정하도록 X축과 Y축으로 수십∼수백㎛ 미터씩 스캔된다. 피검안 각막(2) 첨부의 내, 외피 및 그 사이 각막 세포에 의하여 발생하는 마이켈슨 간섭계의 간섭 신호는 첨부측정 광검출기(96)에 의하여 그 세기가 측정되는데, 그 값을 위치별로 그레이(Gray) 농도에 대응시켜, 그 이미지를 3차원 영상으로 디스플레이하여 각막 첨부(4)의 내 외피 형상을 측정한다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 각막 토포그래퍼는 종래의 토포그래퍼로는 측정할 수 없는 각막의 측정 사각 부분의 형상 및 두께를 정확히 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 광학계의 일부를 광섬유 광학계로 구성하여 기기의 측정 정밀도 및 수명을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 각막 토포그래퍼는 피검안의 굴절력 변화에 따른 굴절력 측정 오차를 줄일 수 있는 시 굴절력 측정기능을 더욱 구비할 수 있다.

Claims (11)

1. 피검안자의 시선을 고정시키기 위한 이미지를 생성하는 챠트 이미지 생성부;

   피검안자의 각막에 동일중심을 가지는 링형상의 측정광을 조사하는 측정 광원;

   피검자의 각막으로부터 반사되는 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기; 및

   첨부 측정용 광학계를 포함하며,

   상기 첨부 측정용 광학계는 각막 첨부측정광을 조사하는 첨부측정 광원; 상기 첨부측정 광원에서 출사된 첨부측정광을 분할하는 첨부 빔스플리터; 상기 빔스플리터에 의하여 분할된 하나의 첨부측정광을 피검안의 각막 첨부로 조사하며, 각막 첨부면을 따라 수평이동이 가능한 첨부측정광 조사부; 상기 빔스플리터에 의하여 분할된 다른 첨부측정광을 스캐닝 미러로 조사하는 시준기; 및 상기 스캐닝 미러에서 반사된 광 및 상기 각막 첨부에서 반사된 광이 합쳐져서 간섭하는 광신호를 검출하는 첨부측정 광검출기를 포함하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 첨부측정 광원, 첨부 빔스플리터, 첨부측정광 조사부, 시준기 및 첨부측정 광검출기는 광을 전달하는 광섬유로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
3. 제1항에 있어서, 상기 챠트 이미지 생성부는 가시광선을 조사하는 램프 및 상기 램프로부터 조사되는 가시광선을 통과시키며 피검안자에게 보여지는 이미지를 생성하는 챠트로 이루어진 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
4. 제1항에 있어서, 상기 측정 광원은 LED가 배열하여 플라시도 링형상을 이룬 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
5. 제1항에 있어서, 상기 첨부측정광 조사부로부터 출사되어 피검안의 망막에서 반사되는 측정광을 검출하여, 피검안의 굴절력을 산출하기 위한 수광부로서, 반사된 측정광을 다수의 광신호로 분할하는 플레이트 및 상기 플레이트를 통과한 다수의 광신호를 검출하기 위한 광검출기를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절력 측정 기능이 구비된 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
6. 제5항에 있어서, 상기 플레이트와 상기 광검출기의 사이에 상기 플레이트를통과한 다수의 광신호를 각각 집속 및 굴절시키는 미소렌즈 어레이가 더욱 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
7. 제6항에 있어서, 상기 미소렌즈 어레이는 상기 플레이트를 통과하여 분리된 다수의 광이 각각 집속되도록, 상기 분리된 광이 진행하는 경로에 각각 위치한 다수의 볼록렌즈로 이루어진 집속렌즈부가 전면에 형성되어 있고, 상기 집속렌즈부에서 집속된 다수의 광을 광검출기의 중심을 향하여 굴절시키는 하나의 굴절렌즈부가 후면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
8. 제5항에 있어서, 상기 플레이트는 상기 측정광을 6개의 광신호로 분할하는 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
9. 제5항에 있어서, 상기 굴절력을 산출하기 위한 광검출기로 입사되는 광 및 상기 피검자의 각막으로부터 반사되는 링형상의 측정광의 이미지를 검출하기 위한 광검출기로 입사되는 광이 피검안에서 반사되는 광의 진행 경로에 대하여 수직으로 진행하는 것을 특징으로 하는 각막 표면 형상 측정용 각막 토포그래퍼.
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