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JP3279698B2 - 生体眼の計測装置 - Google Patents

生体眼の計測装置

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JP3279698B2
JP3279698B2 JP02654593A JP2654593A JP3279698B2 JP 3279698 B2 JP3279698 B2 JP 3279698B2 JP 02654593 A JP02654593 A JP 02654593A JP 2654593 A JP2654593 A JP 2654593A JP 3279698 B2 JP3279698 B2 JP 3279698B2
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浩 小泉
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Topcon Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特開平4−35637
号公報に記載の生体眼の計測装置の改良に関し、さらに
詳しくは、コヒーレント長の短い光源から出射された測
定光束を被検眼に向けて照射すると共に、その測定光束
の一部を分割して被検眼対応参照反射面に参照光として
導き、前記被検眼からの測定反射光と前記被検眼対応参
照反射面からの参照反射光とを干渉させて干渉信号を得
ることにより被検眼の計測を行う生体眼の計測装置の改
良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、特開平4−35637号公報
に開示されているように、コヒーレント長の短い光源か
ら出射された測定光束を被検眼に向けて照射すると共
に、その測定光束の一部を分割して被検眼対応参照反射
面に参照光として導き、被検眼からの測定反射光と被検
眼対応参照反射面からの参照反射光とを干渉させて干渉
信号を得ることにより被検眼の計測を行う生体眼の計測
装置が知られている。この従来の生体眼の計測装置を用
いて計測を行った場合、角膜表面、角膜裏面、水晶体前
面、水晶体後面、網膜表面、網膜裏面等の各面からの反
射光によって複数の干渉信号が得られる。これらの複数
の干渉信号の中で、振幅が最大のものを検出して計測を
行うため、測定対象面の近傍に測定光束が収束するよう
に屈折力補正用の光学部材を調整している。この構成に
よれば、測定対象面からの測定反射光による干渉信号の
振幅が、他の測定対象面からの測定反射光のものより大
きくなると考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、測定対象面
が角膜、網膜のように0.2mm〜0.5mm程度の厚
みを有する薄い膜の場合、測定光束の焦点のごくわずか
な移動により、その表面とその裏面からの測定反射光の
強さが逆転するため、測定値がその表面のものかその裏
面のものかがはっきりと特定できない。また、測定対象
面によって測定光の反射率が異なるため、測定対象面の
近くに測定光束が収束するように屈折力補正用の光学部
材を調節したとしても、別の測定対象面の測定すること
もある。
【0004】本発明は、上記の事情に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは、誤りなく正確な測定値
を得ることのできる生体眼の計測装置を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる生体眼の
計測装置は、上述の課題を解決するため、コヒーレント
長の短い光源から出射された測定光束を被検眼に向けて
照射すると共に、その測定光束の一部を分割して被検眼
対応参照反射面に参照光として導き、前記被検眼の測定
対象面からの測定反射光と前記被検眼対応参照反射面か
らの参照反射光とを干渉させて干渉信号を得ることによ
り被検眼の計測を行う生体眼の計測装置において、前記
被検眼に向かう測定光束の光路途中に、前記被検眼の角
膜から眼底を含む範囲内で前記測定光束の集束位置を順
次変化させるための光学部材を配置し、前記被検眼の角
膜から眼底を含む範囲内で前記測定光束の集束位置を順
次変化させるために前記光学部材を前記測定光束の光路
に沿って調節駆動す調節駆動手段設け、該調節駆動
手段により順次変化させた前記測定光束の集光位置での
干渉信号を形成するように構成されていることを特徴と
する。
【0006】
【作用】本発明に係わる生体眼の計測装置によれば、屈
折力補正用の光学部材は、角膜から眼底を含む範囲内で
測定光束の集束位置を順次変化させるために、測定光束
の光路に沿って可動される。これにより、被検眼の各測
定対象面からの測定反射光が得られ、この測定反射光と
被検眼対応参照反射面からの参照反射光とを干渉させる
ことにより、被検眼の各測定対象面に対応する干渉信号
が得られる。
【0007】
【実施例】図1において、100は角膜位置測定系、1
01は眼内測定対象物位置測定系である干渉光学系、1
02は被検眼角膜に光束を照射する照射光学系としての
リング状光源投影部、103は被検眼、104は対物レ
ンズである。角膜距離測定系100は第1光路105、
第2光路106を有している。第1光路105は二次元
イメージセンサ107、結像レンズ108、ハーフミラ
ー109、絞り110、レンズ111、全反射ミラー1
12、レンズ113、ハーフミラー114、ダイクロイ
ックミラー115、対物レンズ104から大略構成され
ている。第2光路106は全反射ミラー116、レンズ
117、全反射ミラー118、119、絞り124から
大略構成されている。
【0008】リング状光源投影部102は、リング状光
源とパターン板(図示を略す)とからなり、ここでは、
メリジオナル断面光線が平行であるような照明光を被検
眼に投影している。この照明光を被検眼103に向かっ
て照射すると、被検眼103の角膜120にはリング状
の虚像121が形成される。ここで、リング状光源投影
部102の照明光の波長は900nm〜1000nmで
ある。ダイクロイックミラー115は、その照明光を透
過し、後述する測定用光源の波長を反射する役割を果た
す。
【0009】角膜120による反射光は、対物レンズ1
04、ダイクロイックミラー115を介してハーフミラ
ー114に導かれ、第1光路105と第2光路106と
に分岐される。第1光路105に導かれた反射光はレン
ズ113に基づき一旦リング状の空中像122として結
像され、更に、全反射ミラー112、レンズ111、絞
り110、ハーフミラー109、結像レンズ108を経
由して二次元イメージセンサ107にリング像i2(図
2参照)として結像される。なお、このリング像i2の
結像倍率は、ここでは、0.5倍とする。第2光路10
6に導かれた反射光は全反射ミラー119により反射さ
れ、対物レンズ104に基づき一旦空中像123として
結像され、全反射ミラー118、レンズ117、全反射
ミラー116、絞り124、ハーフミラー109、結像
レンズ108を経由して、二次元イメージセンサ107
にリング像i1として結像される。このリング像i1の結
像倍率は、リング像i2の結像倍率よりも大きく設定さ
れている。
【0010】絞り110は、レンズ111、レンズ11
3によって対物レンズ104の後方焦点位置付近にリレ
ーされ、共役像125がその対物レンズ104の後方焦
点位置に形成され、第1光路105の光学系は、物体側
にテレセントリックである。絞り124はレンズ117
によって被検眼103の前方(対物レンズ104の前
方)にリレーされ、ここでは、その共役像(実像)12
6が被検眼103の前方25mm〜50mmの箇所に形
成される。
【0011】二次元受光素子107の出力はゲートアレ
ー162を介してフレームメモリ163に記録され、角
膜頂点位置は、二次元受光素子107に結像されたリン
グ状の像に基づき求めることができ、その詳細は、特願
平2−145107号(発明の名称:眼内長さ測定装
置:出願日 平成2年5月31日)に記載されかつ本発
明と直接には関係しないので、その詳細な説明は省略す
る。なお、符号120Pは角膜頂点である。
【0012】干渉光学系101はレーザダイオード13
0、レンズ133、ピンホール134、ビームスプリッ
タ135、レンズ136、合焦レンズ137、コリメー
トレンズ138、全反射ミラー172、模型眼ユニット
部材173、ピンホール140、レンズ141、フォト
ダイオード142を有する。レーザダイオード130は
低コヒーレント長のもので、そのコヒーレント長は、例
えば0.05mm〜0.1mmのものを使用する。レー
ザダイオード130を出射されたレーザ光は、レンズ1
33によってピンホール134に集光される。ピンホー
ル134は準点光源としての役割を果たす。なお、光源
としてはレーザダイオードの代わりにスペクトル幅の狭
いLED等を用いてもよい。
【0013】ピンホール134を通過したレーザ光は、
ビームスプリッタ135によってレンズ136に向かう
光束と、コリメートレンズ138に向かう光束とに分割
される。レンズ136は、合焦レンズ137、ダイクロ
イックミラー115と共に測定光路171を構成してい
る。コリメートレンズ138は、全反射ミラー172、
模型眼ユニット部材173と共に参照光路174を構成
している。
【0014】レンズ136は、ピンホール134を通過
したレーザ光をコリメートする役割を果たす。レンズ1
36によってコリメートされたレーザ光は、測定光束と
して合焦レンズ137に導かれる。合焦レンズ137は
光軸方向に移動可能とされ、被検眼103に対する屈折
力補正用の光学部材としての役割を果たす。また、合焦
レンズ137は合焦レンズ駆動部200によって移動さ
れ、その移動量は測定光束の焦点を生体眼の角膜120
から網膜152まで移動するのに十分であるように設定
されている。また合焦レンズ137の移動量は、例えば
駆動部200のモータの回転に伴ってパルス列を出力す
るエンコーダの出力信号をカウントし、そのカウント数
から検出する構成となっているものとする。合焦レンズ
137を通過した測定光束は、ダイクロイックミラー1
15、対物レンズ104を経由して被検眼103に導か
れ、後述する屈折力補正を行うことにより測定対象面に
収束される。
【0015】合焦レンズ137は、測定対象面からの測
定反射光をコリメートする機能も果たし、コリメートさ
れた測定対象面からの測定反射光はレンズ136、ビー
ムスプリッタ135を経由してピンホール140にリレ
ーされる。ピンホール140は、ピンホール134とビ
ームスプリッタ135の反射面に関して共役であり、ピ
ンホール134と測定対象面上のスポット光は共役であ
るので、被検眼103に対して測定装置のアライメント
が多少ずれても測定対象面からの測定反射光はピンホー
ル140を通過できる。
【0016】レンズ138によってコリメートされたレ
ーザ光は、全反射ミラー172によって模型眼ユニット
部材173に導かれる。模型眼ユニット部材173は、
参照光路174の光路長と測定光路171の光路長とが
同じになるように光軸方向に移動可能とされている。移
動量は生体眼の角膜120から眼底としての網膜152
までの長さを十分カバーするように設定されている。こ
の模型眼ユニット部材173は、レンズ175、被検眼
対応参照反射面としての反射ミラー176、稼働枠体1
77から概略構成されている。模型眼ユニット部材17
3は、その移動に伴って生じるぶれによる反射光束の偏
向を解消するために用いたものであり、原理的には単な
る可動ミラーを用いても構わない。反射ミラー176で
反射された参照光束は、同一光路をたどってビームスプ
リッタ135を経由し、測定反射光束と重畳されてピン
ホール140にリレーされ、そのピンホール140を通
過した光束は、レンズ141によってフォトダイオード
142に収束される。
【0017】模型眼ユニット部材173を移動させて、
参照光路174と測定光路171との光路差がレーザダ
イオード130のコヒーレント長以下になると、参照反
射光束と測定反射光束とが干渉を起こし、模型眼ユニッ
ト部材173の移動速度とレーザダイオード130の発
振波長とに応じた干渉信号が得られる。そして繰り返し
干渉信号が観察できるように、例えば毎秒10往復程度
の速度で模型眼ユニット部材173を駆動するものとす
る。干渉波形は、参照光路174と測定光路171との
光路差が、レーザダイオード130の発振波長の一波長
分変化するごとに正弦波的に変化し、参照光路174と
測定光路171との光路長が等しくなったとき最も強い
干渉が得られる。つまり、最も強い干渉が得られた時の
参照光路174の光路長が測定光路171の光路長に等
しく、模型眼ユニット部材173の反射ミラー176の
位置が、ビームスプリッタ135の反射面に対して測定
対象面と同一の位置になる。
【0018】フォトダイオード142の出力は、図3に
示すように増幅器150を介して波形整形回路178に
入力され、干渉信号のピーク位置を検出し、そのピーク
時の模型眼ユニット部材173の反射ミラー176の位
置から、眼内測定対象物の位置を測定することができ
る。ここで、レーザダイオード130のコヒーレント長
を0.1mmと仮定すれば、干渉信号のピーク位置の検
出は、コヒーレント長である0.1mmの数分の一の分
解能で決定でき、生体眼の寸法計測に十分な精度を得る
ことができる。また、厚さ、0.2mm〜0.5mm程
度の角膜120や網膜152の表面と裏面からの干渉信
号も、分離して観察できる。
【0019】次に、図3ないし図7を参照しつつ信号処
理の詳細について説明する。
【0020】測定対象面からの測定反射光は、参照反射
光束に比べて微弱光であり光量差がある。しかし、両光
束を干渉させて干渉信号として測定するので、フォトダ
イオード142の暗電流に基づくノイズ成分を除去する
ことができ、効率よく信号成分を検出することができ
る。そのため、増幅器150はフォトダイオード142
の干渉信号の交流成分のみを増幅する。
【0021】このとき得られる干渉信号C4は、図4に
示すようにOVを中心とした交流波形となるが、ショッ
トノイズ等のランダムノイズに埋もれているため、その
ままでは、干渉信号C4が得られたときの模型眼ユニッ
ト部材173の位置を検出することが困難である。しか
し、干渉信号C4の周波数fは、模型眼ユニット部材1
73の移動速度Vと、レーザダイオード130の発振波
長λoによって次式により決まる。
【0022】f=2・V/λo ここで、模型眼ユニット部材173の移動量を適当にと
れば、測定中の移動速度Vは一定と考えてよく、周波数
fを装置定数とすることができる。したがって、干渉信
号C4を上式の周波数fに合わせたバンドパスフィルタ
(BPF)に通すことにより、ランダムノイズから信号
成分のみを抽出することができる。移動速度Vが一定に
できなかった場合には、バンドパスフィルタの代わり
に、移動速度の変化に合わせたトラッキングフィルタを
使用すればよい。
【0023】模型眼ユニット部材173の反射ミラー1
76の位置Xを横軸にとり、フォトダイオード142の
出力電圧Vを縦軸にとると、バンドパスフィルタ179
から干渉信号C4が得られる。干渉信号C4は全波整流回
路180に入力され、図5に示す整流波形C5に整形さ
れる。その整流波形C5は平滑回路181に入力され、
図6に示す平滑波形C6とされる。
【0024】平滑波形C6はピークホールド回路182
を介して比較回路183に入力されると共に、直接比較
回路183に入力される。ピークホールド回路182
は、平滑波形C6よりもΔVだけ低い電圧をピーク電圧
として保持し出力する。したがって、ピークホールド回
路182は図7に示すような波形C7を出力する。比較
回路183は波形C6と波形C7とを比較し、波形C7
波形C6よりも大きくなった位置X0で出力がLからHに
なり、ステップ信号C8を出力することになる。
【0025】ここで、ΔVが平滑波形C6の出力ピーク
レベルVに対して十分に小さければ、比較回路183の
出力信号の反転する位置Xoの本来のピーク位置Xpとの
ずれ量としてのdを十分に小さいと考えてよく、比較回
路183の出力信号が反転するときの模型眼ユニット部
材173の位置Xoを、干渉が最も強く生じているとき
の模型眼ユニット部材173の位置(干渉信号がピーク
の時の模型眼ユニット部材173の位置)としてよい。
【0026】比較回路183の出力信号は、ラッチ回路
184、制御回路157に入力される。模型眼ユニット
部材173はユニット駆動部185により駆動され、位
置検出回路186でその位置データを検出可能な構成と
されている。ラッチ回路184は、模型眼ユニット部材
173の移動量を表わす位置検出回路186の位置デー
タをラッチする。
【0027】位置検出回路186は、例えばユニット駆
動部185のモーターの回転に伴ってパルス例を出力す
るエンコーダの出力信号をカウントし、そのカウント数
から模型眼ユニット部材173の移動量を検出する構成
とすればよい。また、模型眼ユニット部材173に直接
セットされたりリニアエンコーダの出力信号をカウント
してもよい。
【0028】したがって、ラッチ回路184は干渉信号
4が最も強く現れた時の模型眼ユニット部材173の
位置データを保存する。その位置データは演算部158
に入力され、基準位置Yから眼内測定対象物までの距離
が測定される。また、特開平4−35637実施例1と
同一なので省略したが、角膜位置測定系100により基
準位置から角膜頂点120Pまでの距離を測定すること
が可能なため、両測定結果から生体眼の寸法を測定する
ことができる。測定結果は表示部164に表示される。
【0029】ここで、被検眼103の微動の影響を除去
するために、両測定が同時に行われる必要があるが、比
較回路183の出力信号を角膜位置測定系100のスタ
ート信号として使用し、制御回路157がスタート信号
を検出すると同時に、二次元イメージセンサ107のリ
ング像i1、i2のデータをゲートアレー162を介して
フレームメモリ163に取り込むことにより同時測定を
行うことができる。
【0030】バンドパスフィルタ179、全波整流回路
180、平滑回路181、ピークホールド回路182、
比較回路183を有する波形整形回路178は、角膜位
置測定系100のスタート信号生成部として機能を果た
す。
【0031】次に屈折力補正について図8ないし図10
を参照しつつ説明する。
【0032】測定開始時に合焦レンズ137を、測定光
束の収束位置が角膜120から網膜152の方向に移動
するように全ストローク移動させると、図8に示すよう
に、角膜表面、角膜裏面、水晶体前面、水晶体後面、網
膜表面、網膜裏面の順に干渉信号K1〜K6が現われ、
それぞれの干渉信号K1〜K6のピークが現われた時の
合焦レンズ137の位置が、順次制御回路157に記憶
されると共に表示部164に表示される。合焦レンズ1
37を網膜から角膜の方向に移動しても同様の測定が行
える。全ての測定対象面の測定を行いたい場合には、必
要な回数この測定を繰り返せばよい。そうでないときに
は、表示部164の表示からそれぞれの数値がどの測定
対象面のものであるかが推察できるので、測定対象面を
図示しないスイッチにより選択すると、合焦レンズ13
7が合焦レンズ駆動部200によって移動を開始し、選
択された測定対象面からの測定反射光による干渉信号が
得られる位置で停止して測定が行われる。
【0033】角膜120や網膜152のような薄い膜の
測定対象面の場合、干渉信号の平滑波形は図6の符号C
6で示すようにはならず、図9の符号C9で示すような2
つのピークP1、P2を有する波形になることが多い。
この2つのピークP1、P2が現われた時の模型眼ユニ
ット部材173の位置の差をとれば、膜厚Wを測定する
ことができる。
【0034】また、網膜152の測定を行う場合には、
図10の(イ)に示すように測定光束の収束位置が網膜
152の手前にある場合には、図10の(ロ)または
(ハ)に示す干渉信号P3、P3´が得られ、図10の
(ニ)に示すように測定光束が網膜152の表面と裏面
との間の適正位置に収束するときには、図10の(ホ)
に示すように網膜152の表面による測定反射光束に基
づく干渉信号P4と網膜152の裏面による測定反射光
束に基づく干渉信号P4´とが得られ、図10の(ヘ)
に示すように測定光束の収束位置が網膜152の後ろに
あるときには、図10の(ト)又は(チ)に示す干渉信
号P5又はP5´が得られる。従って、表示部164で
この網膜152からの測定反射光束に基づく干渉信号の
波形の形状を確認しながら測定を行うことにより、誤り
のない正確な網膜の位置を計測することができる。
【0035】なお、符号160は眼底反射光量をモニタ
ーするためのレベル表示器であり、符号170はリング
像と共に被検眼前眼部像を表示するためのモニターテレ
ビである。
【0036】
【発明の効果】本発明に係わる生体眼の計測装置は、以
上説明したように構成したので、測定面を確認しながら
測定できることになり、誤りなく正確な測定値を得られ
るという効果を奏する。また、一度に被検眼の多数の面
の位置測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる生体眼の計測装置の実施例を示
す光学図である。
【図2】図1に示す二次元イメージセンサに形成された
リング像を示す図である。
【図3】信号処理回路のブロック図である。
【図4】図3に示すホトセンサから出力される干渉波形
の説明図である。
【図5】図4に示す干渉波形の整流後の波形図である。
【図6】図5に示す整流波形の平滑波形図である。
【図7】図3に示す比較回路の作用を説明するための波
形図である。
【図8】収束位置を角膜から網膜まで連続的に変化させ
た場合に時系列的に得られる干渉信号の波形図である。
【図9】収束位置を角膜から網膜まで連続的に変化させ
ることにより角膜の膜厚の測定を行う一例を説明するた
めの図である。
【図10】収束位置を角膜から網膜まで連続的に変化さ
せて網膜における適正位置を判断する場合の一例を示す
図である。
【符号の説明】
103…被検眼 120…角膜 152…網膜(眼底) 130…レーザーダイオード(光源) 137…合焦レンズ(屈折力補正用の光学部材) 157…制御回路(調節駆動手段) 171…測定光路 174…参照光路 176…反射ミラー

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コヒーレント長の短い光源から出射された
    測定光束を被検眼に向けて照射すると共に、その測定光
    束の一部を分割して被検眼対応参照反射面に参照光とし
    て導き、前記被検眼の測定対象面からの測定反射光と前
    記被検眼対応参照反射面からの参照反射光とを干渉させ
    て干渉信号を得ることにより被検眼の計測を行う生体眼
    の計測装置において、 前記被検眼に向かう測定光束の光路途中に、前記被検眼
    の角膜から眼底を含む範囲内で前記測定光束の集束位置
    を順次変化させるための光学部材を配置し、前記被検眼
    の角膜から眼底を含む範囲内で前記測定光束の集束位置
    を順次変化させるために前記光学部材を前記測定光束の
    光路に沿って調節駆動す調節駆動手段設け 該調節駆動手段により順次変化させた前記測定光束の集
    光位置での干渉信号を形成するように構成されている
    とを特徴とする生体眼の計測装置。
  2. 【請求項2】 前記被検眼対応参照反射面を移動させて参
    照光路長を変化させる被検眼対応参照反射面駆動手段
    と、前記被検眼対応参照反射面が移動している際の前記
    干渉信号を表示する表示手段とが更に設けられ、 前記被検眼対応参照反射面を移動させた際に表示手段に
    表示される前記干渉信号に基づいて、前記測定対象面に
    測定光束が集光しているか否かの判断を行うことが可能
    であることを特徴とする請求項1に記載の生体眼の計測
    装置。
  3. 【請求項3】 前記表示手段は、前記被検眼対応参照反射
    面を移動させた際の干渉信号を確認することにより当該
    前記干渉信号に基づき正確な測定を行うことが可能とな
    るように構成されていることを特徴とする請求項2に記
    載の生体眼の計測装置。
  4. 【請求項4】 前記表示手段に表示された干渉信号に基づ
    き測定対象面を選択し、当該測定対象面の測定光束が集
    光する位置に前記光学部材を停止させて測定を行うよう
    に構成されていることを特徴とする請求項2記載の生体
    眼の計測装置。
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