JP3740546B2

JP3740546B2 - 眼科測定装置

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Publication number: JP3740546B2
Application number: JP32709797A
Authority: JP
Inventors: 俊文三橋; 健史林
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: US6070981A; JPH11137520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検眼の角膜形状を測定する眼科測定装置に関わり、特に被検眼の角膜形状を広い範囲で、かつ重要な中心付近をより精密に測定できる眼科測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角膜形状測定装置は、指標を投影し、その指標の結像位置を求め角膜形状を測定する装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、角膜形状測定を波面センサで行う技術を開発し、既に出願しているが、波面センサで被測定眼角膜を広い範囲で測定するには、非常に大きな口径の測定光学系を必要とする問題点がある。
【０００４】
そこで本発明は、より重要な中心部を波面センサにより精密に測定し、周辺部に関しては複数の同心円状の光束を投影し、その反射光束を受光し、受光位置から被検眼角膜形状を測定することのできる眼科測定装置の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、第１波長の光束を発する第１光源と、該第１光源からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光する様に照明するための第１照明光学系と、被検眼角膜から反射した前記第１照明光束を受光し第１受光部に導くための第１受光光学系と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第１変換部材と、該第１変換部材で変換された複数の光束を受光する第１受光部と、前記第１波長と異なる第２波長の光束を発する第２光源と、第２光源の第２照明光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜に投影する第２照明光学系と、被検眼角膜で反射された第２照明光束を受光し、第２受光部に導くための第２受光光学系と、第２受光光学系からの第２照明光束を受光する第２受光部と、第１受光部で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼の中心付近の角膜形状を求め、第２受光部からの第２照明光束の受光位置に基づき被検眼の周辺部の角膜形状を求める演算部とから構成されている。
【０００６】
また本発明の第２照明光学系は、前記記所定のパターンの指標として複数の同心輪帯からなるプラチドリングを投影する様に構成され、前記第２受光光学系は、対物レンズを含み、その対物レンズの物側焦点位置にテレセントリック絞りを配置する構成にすることもできる。
【０００７】
そして本発明は、第１受光光学系の受光する第１照明光束の被検眼角膜近傍での第１照明領域と、前記第２受光光学系の受光する第２照明光束の被検眼角膜近傍での第２照明領域とが、隣接しているか又は重なり合っている様に構成することもできる。
【０００８】
更に本発明は、前記第１波長及び前記第２波長と異なる波長の第３波長の光束を発する第３光源と、該第３光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための第３照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための第３受光光学系と、該反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第２変換部材と、該第２変換部材で変換された複数の光束を受光する第３受光部とを備え、前記演算部が、第３受光部で得られた光束の傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求める様に構成することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、第１光源が第１波長の光束を発し、第１照明光学系が、第１光源からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光する様に照明し、第１受光光学系が、被検眼角膜から反射した第１照明光束を受光し第１受光部に導き、第１変換部材が、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換し、第１受光部が、第１変換部材で変換された複数の光束を受光し、第２光源が第１波長と異なる第２波長の光束を発し、第２照明光学系が、第２光源の第２照明光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜に投影し、第２受光光学系が、被検眼角膜で反射された第２照明光束を受光して第２受光部に導き、第２受光部が、第２受光光学系からの第２照明光束を受光し、演算部が、第１受光部で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼の中心付近の角膜形状を求め、第２受光部からの第２照明光束の受光位置に基づき被検眼の周辺部の角膜形状を求める様になっている。
【００１０】
また本発明の第２照明光学系は、所定のパターンの指標として複数の同心輪帯からなるプラチドリングを投影する様になっており、第２受光光学系は、対物レンズを含み、その対物レンズの物側焦点位置にテレセントリック絞りを配置する様にすることもできる。
【００１１】
そして本発明は、第１受光光学系の受光する第１照明光束の被検眼角膜近傍での第１照明領域と、第２受光光学系の受光する第２照明光束の被検眼角膜近傍での第２照明領域とが、隣接しているか又は重なり合っている様にすることもできる。
【００１２】
更に本発明は、第３光源が、第１波長及び第２波長と異なる波長の第３波長の光束を発し、第３照明光学系が、第３光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明し、第３受光光学系が、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導き、第２変換部材が、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換し、第３受光部が、第２変換部材で変換された複数の光束を受光し、演算部が、第３受光部で得られた光束の傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求めることもできる。
【００１３】
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
【００１５】
［第１実施例］
【００１６】
本発明の第１実施例である眼科装置１００００は、図１及び図２に示す様に、第１波長の光束を発する第１光源１１１０と、該第１光源１１１０からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光する様に照明するための第１照明光学系１１００と、被検眼角膜から反射した前記第１照明光束を受光し第１受光部１４００に導くための第１受光光学系１２００と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第１変換部材１３００と、該第１変換部材１３００で変換された複数の光束を受光する第１受光部１４００と、第２波長の光束を発する第２光源２１１０と、第２光源２１１０の第２照明光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜に投影する第２照明光学系２１００と、被検眼角膜で反射された第２照明光束を受光し、第２受光部２２１０に導くための第２受光光学系２２００と、第２受光光学系２２００からの第２照明光束を受光する第２受光部２２１０と、第１受光部１４００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼の中心付近の角膜形状を求め、第２受光部２２１０からの第２照明光束の受光位置に基づき被検眼の周辺部の角膜形状を求める演算部９１００とから構成されている。
【００１７】
第１照明光学系１１００は、第１光源１１１０からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光するためのものである。第１照明光学系１１００は、第１光源１１１０からの第１照明光束を、第１のビームスプリッタ１１２０で反射させ、被検眼角膜曲率中心付近に集光させる様に構成されている。
【００１８】
第１光源１１１０は、空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは高くないものが望ましい。本第１実施例の光源１１１０には、ＳＬＤが採用されており、輝度が高い点光源を得ることができる。
【００１９】
また、本第１実施例の第１光源１１１０は、ＳＬＤに限られるものではなく、レーザーの様に空間、時間ともコヒーレンスが高いものでも、回転拡散板などを挿入することにより、適度に時間コヒーレンスを下げることで利用できる。
【００２０】
そして、ＳＬＤの様に、空間、時間ともコヒーレンスが高くないものでも、光量さえ充分であれば、ピンホール等を光路の光源の位置に挿入することで、使用可能になる。
【００２１】
本第１実施例の第１光源１１１０の第１波長は、例えば７８０ｎｍを使用することができる。
【００２２】
ここで、被検眼１０００は、角膜１０１０と、虹彩１０２０と、網膜１０３０とを備えている。
【００２３】
第１受光光学系１２００は、被検眼角膜１０１０から反射した第１照明光束を受光し第１受光部１４００に導くためのものである。第１受光光学系１２００は、対物レンズ１２１０と、リレーレンズ１２２０と、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための第１変換部材１３００とから構成されている。
【００２４】
第１受光光学系１２００は、被検者の角膜曲率半径に応じて光軸方向に移動可能としておけば、より精密な測定が行える。また第１受光部１４００又は第１変換部材１３００が、角膜１０１０と略共役となっている。
【００２５】
そして図２に示す様に、演算部９１００は、制御部９２００に接続されており、制御部９２００の命令に基づき、光学特性等の演算を行う様に構成されている。
【００２６】
制御部９２００は、演算部９１００を含む全体の制御を司っている。更に、アライメント処理部９３００は、アライメント処理を制御駆動する様に構成されている。
【００２７】
表示部９４００が、演算部９１００で求められた出力データを表示し、この表示部９４００は、演算部９１００で求められた被検眼の光学特性の演算結果及び角膜形状とを表示することもできる。
【００２８】
第２照明光学系２１００は、第２光源２１１０からの光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜１０１０に投影するためのものである。
【００２９】
第２光源２１１０は、第１光源１１１０による第１波長と異なる第２波長を発する様になっている。本第１実施例の第２光源２１１０は、第２波長である９４０ｎｍを発する様に構成されている。
【００３０】
なお、第１光源と第２光源の波長は、絞部材等により分離可能に構成すれば、同一の波長としても構わない。
【００３１】
本第１実施例の第２光源２１１０には、ＬＥＤが採用されている。
【００３２】
第２照明光学系２１００は、第２光源２１１０と、プラチドリング２１２０とから構成されている。
【００３３】
プラチドリング（ＰＬＡＣＩＤＯ’ＳＤＩＳＣ）２１２０は、図３に示す様な、複数の同心輪帯からなるパターンの指標を投影するためのものである。なお、複数の同心輪帯からなるパターンの指標は、所定のパターンの指標の１実施例である。
【００３４】
そして、後述するアライメントが完了した後、複数の同心輪帯からなるパターンの指標を投影する様に構成されている。
【００３５】
第２受光光学系２２００は、被検眼角膜１０１０で反射された第２照明光束を受光し、第２受光部２２１０に導くためのものである。
【００３６】
第２受光光学系２２００は、対物レンズ１２１０と、第１のダイクロイックミラー６１００と、テレセントリック絞り２２２０と、リレーレンズ２２３０とから構成されている。
【００３７】
また本第１実施例の第２受光光学系２２００では、対物レンズ１２１０を含み、その対物レンズ１２１０の像側焦点位置にテレセントリック絞り２２２０を配置する構成にすることもできる。
【００３８】
第２受光光学系２２００は、被検眼角膜１０１０から反射して戻ってくる光束を受光し第２受光部２２１０に導くためのものであり、アライメントが完了した時に、第２受光部２２１０が、角膜１０１０と略共役となっている。
【００３９】
次に、第２受光光学系２２００は、ＸＹアライメント機能も備えている。即ち、第２光源２１３０と、リレーレンズ２２３０と、第２受光部２２１０とから構成されている。
【００４０】
なお、本第１実施例の第２受光光学系２２００には、アライメント用光源２１３０と第２のビームプリッタ２１４０とが備えられている。
【００４１】
第２受光光学系２２００は、アラインメントが調整された際に、被検眼角膜近傍１０１０に複数の同心輪帯からなるパターンの指標を投影させるものである。
【００４２】
即ち、前眼部観察系（第２照明光学系２２００）は、ＸＹアライメント光学系と、プラチド観察光学系との２つの機能を有している。
【００４３】
そして、前眼部に最大直径９ｍｍのプラチドリングを正確に投影する様になっている。また、第２受光光学系２２００には、テレセントリック絞り２２２０によりテレセン光学系となっており、Ｚ軸方向に微少ずれても測定に影響を及ぼさない。
【００４４】
但し、対物レンズ２２３０から被検眼角膜頂点までの距離は、正確でなければならず、そのためにＺ方向のアライメントには精度の高い光学系が使用されている。
【００４５】
本第１実施例の第２受光部２２１０は、２次元のＣＣＤを採用しているが、何れの受光素子を採用することができる。
【００４６】
Ｚアライメント光学系５１００は、第４の光源５１１０と、コリメータレンズ５１２０と、集光レンズ５１３０と、１次元撮像素子５１４０とから構成されている。
【００４７】
Ｚアライメント光学系５１００は、アラインメントが調整された際に、角膜頂点付近で反射された点光源からの光束が、１次元撮像素子５１４０の所定位置（例えば中央）に投影される。
【００４８】
本第１実施例の１次元撮像素子５１４０は、１次元のＰＳＤを採用しているが、何れの受光素子を採用することができる。
【００４９】
Ｚアライメント光学系５１００は、第４の光源５１１０からの光を平行光束で角膜１０１０を照明する。そして正反射光を受光する位置に、照明光軸と受光光軸を含む面に１次元撮像素子５１４０を配置している。
【００５０】
即ち、Ｚアライメント光学系５１００は、所定の作動距離に位置した時に、平行光束が、角膜頂点と略一致する様に配置されている。
【００５１】
ここで図４に基づいて、ＸＹアライメント光学系（第２照明光学系２１００）の動作を説明する。Ｓ１（ステップ１、以下、Ｓ１と略する）では、アライメント光源２１３０を点灯させる。次にＳ２では、リレーレンズ２２３０と対物レンズ１２１０とにより光を角膜１０１０付近に集光させる。そしてＳ３では、第２受光部２２１０により輝点の位置を観察する。そして手動アラインメントの場合には、Ｓ４に進み、モニターに表示し、自動アライメントの場合のは、Ｓ５に進み、制御装置にデータを送出する。
【００５２】
次に図５に基づいて、Ｚアライメント光学系５１００の動作を説明する。
Ｓ１では、第４の光源５１１０を点灯させる。次にＳ２では、コリメータレンズ５１２０により、平行光束を角膜頂点付近に照射する。そしてＳ３では、虚像を形成し、Ｓ４で、集光レンズ５１３０により、第４光源の像を１次元撮像素子５１４０上に投影する。そしてＳ５では、１次元撮像素子５１４０で光源像位置を測定する。更にＳ６では、測定された光源像位置データを制御装置に送出する様になっている。
【００５３】
なお、図６に基づいて、レンズ配置を詳細に説明する。
【００５４】
ここで、受光系の移動レンズより被検者側のレンズを対物レンズ群とすると、アライメントは、前眼部の測定基準面（出射瞳、角膜表面）に、対物レンズ群の前側焦点が一致する様に配置すればよいことになる。
【００５５】
測定光線が、対物レンズ群を通過した後、光軸と交わる点（角膜形状測定時は、角膜曲率中心と略共役な点であり、また光学特性測定時は、眼底と略共役点となる）に移動レンズの前側焦点が来る様に、移動レンズが移動する。これにより、受光素子には、常に略平行光が入射され、測定基準面での測定領域を略一定とすることができる。
【００５６】
そして、光線の前眼部の測定基準面での正確な位置は、光線の変換部材通過位置と、受光素子の受光位置に基づいて、内挿又は外挿法により、移動レンズ通過後の前眼部の測定基準面の共役点での光線座標を求め、光学系の横倍率で割ることにより得ることができる。
【００５７】
なお、図６（ａ）は、角膜形状の測定状態であり、図６（ｂ）は、光学測定の状態、図６（ｃ）は、正視の測定の状態、図６（ｄ）は、近視の測定の状態を示すもので、測定基準面での測定領域を略一定とすることができる。
【００５８】
次に、第１変換部材１３００について説明する。
【００５９】
第１受光光学系１２００に配置された第１変換部材１３００は、反射光束を複数のビームに変換する波面変換部材である。本第１実施例の第１変換部材１３００には、光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズが採用されている。
【００６０】
ここでマイクロフレネルレンズについて詳細に説明する。
【００６１】
マイクロフレネルレンズは波長ごとの高さピッチの輪帯をもち、集光点に最適化されたブレーズを持つ光学素子である。ここで利用することのできるマイクロフレネルレンズは、例えば、半導体微細加工技術を応用した８レベルの光路長差をつけたもので、１次光のみ利用の場合９８%の集光効率を実現できる。
【００６２】
本第１実施例の第１変換部材１３００は、反射光束を少なくとも１７以上のビームに変換する波面変換部材から構成されている。
【００６３】
次に第１受光部１４００は、第１変換部材１３００で変換された複数のビームを受光するためのものであり、本第１実施例では、ＣＣＤが採用されている。このＣＣＤは、ＴＶ用などの一般的なものから測定用の２０００＊２０００素子等、何れのタイプのものが使用できる。
【００６４】
第１受光部１４００をＴＶ用のＣＣＤを使用した場合には、解像度は劣るが、安価であり、通常、後処理で利用するパーソナルコンピューターへの入力も簡便である。この場合、ＣＣＤとそのドライバーからの画像信号出力は、ＮＴＳＣ信号とし、パーソナルコンピューターにＮＴＳＣ信号に適応した画像入力ボードを使用することで簡単に実現することができる。
【００６５】
また、第１受光部１４００を測定用の２０００＊２０００素子のＣＣＤを採用した場合、装置は高価となるが、同様にアナログ信号を介してパーソナルコンピューターに測定値を入力することができる。
【００６６】
なお、ＣＣＤからの測定信号を、デジタル信号でパーソナルコンピューターに入力することも可能である。
【００６７】
そして第１受光部１４００は、被検眼虹彩１０２０と第１変換部材１３００と略共役な関係を形成している。
【００６８】
また本発明の第１受光光学系１２００は、第１変換部材１３００と被検眼虹彩１０２０とが、略共役な関係を保ち、かつ、第１受光状態において、被検眼眼底からの反射光束が、略平行光束で受光部に入射する様に、又、第２受光状態において、被検眼角膜からの反射光束が、略平行光束で受光部に入射する様に、調整するための調整手段を備えることもできる。
【００６９】
また、第１受光光学系１２００には、第１のダイクロイックミラー６１００が挿入されており、第１照明光学系１１００からの光を被検眼１０００に送光し、反射光を透過させる様に構成されている。
【００７０】
次に、第１受光部１４００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼１０００の光学特性を求めるための演算部９１００の動作原理について詳細に説明する。
【００７１】
ここで演算方法を詳細に説明する。
【００７２】
「シャックハルトマンの場合」
【００７３】
図７に示す様に第１変換部材１３００の座標をＸ、Ｙとし、第１受光部１４００の座標をｘ、ｙとすれば、波面は極座標表示ま又は、直交座標表示によって、
【００７４】
Ｘ＝（Ｘ’／β）・・・・・・第１式
【００７５】
Ｙ＝（Ｙ’／β）・・・・・・第２式
【００７６】
ここで、βは、光学系の横倍率である。
【００７７】
光学系が無収差であれば、波面収差Ｗ（Ｘ、Ｙ）とＷ’（Ｘ’、Ｙ’）の
関係は、
【００７８】
Ｗ（（（Ｘ’／β）、（Ｙ’／β））＝Ｗ’（Ｘ’、Ｙ’）
【００７９】
・・・・・・第３式
【００８０】
となる。
【００８１】
ここで、適当な多項式を
【００８２】
ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ・・・・・・；Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・）
【００８３】
とする。
【００８４】
ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ・・・・・・は座標により決定される量であり、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・はパラメータである。
【００８５】
次に、波面をこの多項式ｆで表すことを検討する。即ち、最適なパラメータ（Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・）を演算することである。
【００８６】
ハルトマンの測定原理により、
【００８７】
「数１」
【００８８】
・・・・・第４式
【００８９】
と表すことができる。
【００９０】
実際には、データが傾き角となっているので、それぞれの波面の微分値を使用して計算する。即ち、本発明では、測定するデータは光線の傾き角であり、この傾き角は、直接波面の位置座標による微分で求めることができる。
【００９１】
更に、本波面センサーで測定される量は、基準からの横収差量である。
【００９２】
図７で次の関係が近似的に成り立つことが知られている。
【００９３】
ｌ（エル）は、第１変換部材１３００と第１受光部１４００との距離である。
【００９４】
第１変換部材１３００の中心点がＸ、Ｙの各素子においてｄｘ（Ｘ、Ｙ）、ｄｙ（Ｘ、Ｙ）を得る。
【００９５】
ｄｘ、ｄｙは変換部材の１素子に対して、第１受光部１４００上の予め定められた原点と、実際の光線の交点のｘ、ｙ方向それぞれの距離である。
【００９６】
第１変換部材１３００の１素子に対応する原点は、波面が一様に平であり、換言すれば、眼屈折率特性が、球面成分と乱視成分とが共に０ディオプターで、後に述べる不正乱視成分等の残差もない場合には、変換された光束が測定できる第１受光部１４００上の点となる。
【００９７】
ｄｘ、ｄｙは、光線の基準点からの偏差であり、
【００９８】
ｄｘ（Ｘ_i、Ｙ_j）＝ｘ_ijーｘ⁰ _ij ・・・・・・第５式
【００９９】
ｄｙ（Ｘ_i、Ｙ_j）＝ｙ_ijーｙ⁰ _ij ・・・・・・第６式
【０１００】
ここに、多項式ｆを代入すると、（測定データ数）＊２の式が得られ、最小自乗法により、必要なパラメータを求めることができる。
【０１０１】
なお、ｆを微分した式を用いるため、ｆの定数項を求めることはできないが、本発明では、必要なパラメータを求めれば足りる。
【０１０２】
また、具体的な関数として、幾何光学収差とよく対応した直交関数であるＺｅｒｎｉｋｅの多項式を使用することもできる。
【０１０３】
Ｚｅｒｎｉｋｅの多項式の一般項は、
【０１０４】
「数２」
【０１０５】
・・・・・第７式
【０１０６】
で表すことができる。
【０１０７】
ここで、Ｚｅｒｎｉｋｅの多項式を具体的に示せば、
【０１０８】
Ｚ₀₀＝１
Ｚ₁₀＝ｘ
Ｚ₁₁＝ｙ
Ｚ₂₀＝２ｘｙ
Ｚ₂₁＝−１＋２ｙ²＋２ｘ²
Ｚ₂₂＝ｙ²−ｘ²
Ｚ₃₀＝３ｘｙ²−ｘ³
Ｚ₃₁＝−２ｘ＋３ｘｙ²＋３ｘ³
Ｚ₃₂＝−２ｙ＋３ｙ³＋３ｘ²ｙ
Ｚ₃₃＝ｙ³−３ｘ²ｙ
Ｚ₄₀＝４ｙ³ｘ＋４ｘ³ｙ
Ｚ₄₁＝−６ｘｙ＋８ｙ³ｘ＋８ｘ³ｙ
Ｚ₄₂＝１−６ｙ²−６ｘ²＋６ｙ⁴＋１２ｘ²ｙ²＋６ｘ⁴
Ｚ₄₃＝−３ｙ²＋３ｘ²＋４ｙ⁴−４ｘ⁴
Ｚ₄₄＝ｙ⁴−６ｘ²ｙ²＋ｘ⁴
【０１０９】
これらを４次でまとめれば、（最低Ｘ、Ｙ方向に４点づつの１６点＋１点）１７点以上のサンプル点が必要となる。
【０１１０】
ここで、具体的な演算方法を図８に基づいて説明する。
Ｓ１では、第１受光部１４００からのデータに基づき、サンプリングデータを得る。次にＳ２では、ＤＥＦＯＣＵＳ成分と傾斜成分を最小自乗法から求め、Ｓ３では、サンプリングデータから、ＤＥＦＯＣＵＳ成分と傾斜成分を引く、更にＳ４では、Ｄと移動レンズの位置から、基準の曲率を求める。そしてＳ５では、最小自乗法によりＡを求める。そしてＳ６では、角膜形状を測定しているか否かを判断し、測定している場合にはＳ７に進み、反射が２回あるのでｆの値を１／２とし、Ｓ８では、マッピング等を実行する。
【０１１１】
更にＳ６で、角膜形状を測定していないと判断した場合には、Ｓ８に進み、マッピング等を実行する。
【０１１２】
「プラチドリングによる方法」
【０１１３】
ここで図９に基づいて、プラチドリング２１２０による面形状の演算を説明する。
【０１１４】
Ｓ１で、第２受光光学系２２００で、被検眼角膜１０１０によるプラチドリング２１２０の像が形成される。次にＳ２では、１番内側のプラチドリングの中心を決定する。
【０１１５】
そしてＳ３では、何れかのプラチドリングの高さｈ’を測定する。ここで図１０に基づいて、幾何学的関係を求めれば、
【０１１６】
（ｈ’／ｈ）＝（Ｓ’／Ｓ）＝ｍ
【０１１７】
となる。ここで、ｍは倍率であり、Ｓ’は角膜頂点からプラチドリング２１２０までに距離であり、Ｓは、角膜頂点からプラチドリング像までの距離である。
【０１１８】
更に、
【０１１９】
ｍ＝ー（Ｒ／２Ｓ）
【０１２０】
そして、
【０１２１】
（１／Ｓ）＋（１／Ｓ’）＝ー（２／Ｒ）
【０１２２】
であるから、
【０１２３】
Ｒ＝ー２（ＳＳ’／（Ｓ＋Ｓ’））
【０１２４】
となる。
【０１２５】
従ってＳ４では、ＳとＳ’を利用して曲率半径Ｒを演算する。
【０１２６】
次にＳ５では、ｙ_i／Ｒ（_i）を演算して、面の傾斜を演算する。ここで、ｉは、１〜Ｎであり、本第１実施例では例えば、Ｎ＝１０とすることができる。Ｎは、プラチドリングの輪帯本数の２倍になる。
【０１２７】
Ｓ６では、ｉ＝を１からＮまで全て演算したか判断し、Ｎまで演算していない場合には、Ｓ３に戻り演算を繰り返し、Ｎ（本第１実施例ではＮ＝１０）まで演算が完了した場合には、Ｓ７に進む。Ｓ７では、Ｓ５で演算された傾斜（ｙ_i／Ｒ（_i））を積分して面形状を演算する。そしてＳ８では、面形状の演算を全体に行い、全体の演算が完了した場合には、Ｓ９に進んで結果を出力する。
【０１２８】
「具体的な演算方法」
【０１２９】
次に、本第１実施例の具体的な測定方法を説明する。
【０１３０】
まず、図９に示される様に、眼の測定範囲を円とし、最内部の円を円１、中間の円を円２、最外部の円を円３とする。本第１実施例では、円１の直径は２.９ｍｍ、円２の直径は３.０ｍｍ、円３の直径は９.０ｍｍである。
【０１３１】
本第１実施例では、円２の内側を、第１変換部材１３００を利用した第１受光光学系１２００で計測演算（第１照明領域で計測）し、円１の外側と円３の内側の間をプラチドリング２１２０を利用した第２受光光学系２２００で計測演算（第２照明領域）する様に構成されている。従って、円１の外側と円２の内側の間は、両方の計測演算が重なっている。
【０１３２】
即ち本第１実施例は、第１受光光学系１２００の受光する第１照明光束の被検眼角膜近傍１０１０での第１照明領域と、第２受光光学系２２００の受光する第２照明光束の被検眼角膜近傍１０１０での第２照明領域とが、隣接しているか又は重なり合っている様に構成することもできる。
【０１３３】
［第２実施例］
【０１３４】
本発明の第２実施例である眼科装置２００００は、角膜形状を第１実施例と同様に、第１変換部材１３００を利用した第１受光光学系１２００で計測演算し、円１の外側と円３の内側の間をプラチドリング２１２０を利用した第２受光光学系２２００で計測演算する様になっており、屈折測定を新たな光学系を用いて計測するものである。
【０１３５】
第２実施例である眼特性測定装置２００００は、図１２に示す様に、第１波長の光束を発する第１光源１１１０と、該第１光源１１１０からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光する様に照明するための第１照明光学系１１００と、被検眼角膜から反射した前記第１照明光束を受光し第１受光部１４００に導くための第１受光光学系１２００と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第１変換部材１３００と、該第１変換部材１３００で変換された複数の光束を受光する第１受光部１４００と、第２波長の光束を発する第２光源２１１０と、第２光源２１１０の第２照明光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜に投影する第２照明光学系２１００と、被検眼角膜で反射された第２照明光束を受光し、第２受光部２２１０に導くための第２受光光学系２２００と、第２受光光学系２２００からの第２照明光束を受光する第２受光部２２１０と、前記第１波長及び前記第２波長と異なる波長の第３波長の光束を発する第３光源３１１０と、該第３光源３１１０からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための第３照明光学系３１００と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し第３受光部３２１０に導くための第３受光光学系３２００と、該反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第２変換部材３３００と、該第２変換部材３４００で変換された複数の光束を受光する第３受光部３４００とを備え、第１受光部１４００で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼の中心付近の角膜形状を求め、第２受光部２２１０からの第２照明光束の受光位置に基づき被検眼の周辺部の角膜形状を求め、第３受光部３４００で得られた光束の傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求める演算部９１００とから構成されている。
【０１３６】
ここで本第２実施例の第１照明光学系１１００と第１受光光学系１２００と第２照明光学系２１００と第２受光光学系２２００とは、第１実施例と同様であるから説明を省略し、第３照明光学系３１００と第３受光光学系３２００とを説明する。
【０１３７】
第３照明光学系３１００は、第１波長及び第２波長と異なる波長の第３波長の光束を発する第３光源３１１０からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するためのものである。
【０１３８】
第３照明光学系３１００は、第１の集光レンズ３１２０と、光束遮蔽部材３１３０と、第２の集光レンズ３１４０と第２のダイクロイックミラー６２００とから構成されている。
【０１３９】
第３照明光学系３１００は、被検者の屈折力に応じて光軸方向に移動可能に構成されており、被検者の眼底に集光する様に構成されている。なお、本第３実施例では、−２５ディオプターから＋２５ディオプター程度の範囲で移動可能に構成されている。
【０１４０】
第３光源１１１０は、空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは高くないものが望ましい。本第３実施例の光源３１１０には、ＳＬＤが採用されており、輝度が高い点光源を得ることができる。
【０１４１】
本第３実施例の第３光源１１１０の第１波長は、赤外域の波長、例えば８４０ｎｍを使用することができる。
【０１４２】
光束遮蔽部材３１３０は、被検眼の瞳周辺付近を通して照明する第１Ａ照明状態と、被検眼の瞳中心付近を通して照明する第１Ｂ照明状態とを形成するためのものである。
【０１４３】
この光束遮蔽部材３１３０は、中心付近に開口のある第１絞り（第１Ｂ照明状態用）と、周辺部付近に開口のある第２絞り（第１Ａ照明状態用）とからなる可変絞りで構成することもできる。
【０１４４】
屈折測定は、第３照明光学系３１００部分で、その時に遮光されている部分で行うことにより、角膜反射の影響を受けることを防止することができる。
【０１４５】
即ち、可変絞りの第１絞りが、光路内に挿入されている時には、中央の遮光部で遮光されている範囲の測定が行われ、可変絞りの第２絞りが光路内に挿入されている時には、中央の開口部の周りの範囲で測定が行われる。
【０１４６】
また光束遮蔽部材３１３０は、中心部付近に開口を形成させる第１Ａ照明状態と、周辺部付近に開口を形成させる第１Ｂ照明状態とを形成するための液晶で構成することも可能である。
【０１４７】
従って、第３照明光学系３１００の光束遮蔽部材３１３０は、被検眼１０００の瞳と略共役付近に、被検眼１０００の瞳中心付近を通して照明する第１Ａ照明状態と、被検眼１０００の瞳周辺付近を通して照明する第１Ｂ照明状態とを形成することができる。
【０１４８】
第３受光光学系３２００は、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くためのものである。第３受光光学系３２００は、リレーレンズ３２１０と、反射光束を少なくとも１７本のビームに変換するための第２変換部材３３００とから構成されている。
【０１４９】
第３照明光学系３１００と第３受光光学系３２００とは、第３光源３１１０からの光束が集光する点で反射されたとして、その反射光による第３受光部３４００での信号ピークが最大となる関係を維持して、連動して移動し、第３受光部３４００での信号ピークが強くなる方向に移動し、強度が最大となる位置で停止する様に構成されている。その結果、第３光源３１１０からの光束が、網膜上で集光することとなる。
【０１５０】
第３受光光学系３２００の第２変換部材３３００は、第３照明光学系３１００の光束遮蔽部材３１３０と共役の位置にある。そして、互いに虹彩１２００と共役となっている。
【０１５１】
第３受光光学系３２００は、被検者の屈折力に応じて光軸方向に移動可能となっており、第３受光部３４００又は第２変換部材３３００が、角膜１０１０と略共役となっている。
【０１５２】
そして図２に示す様に、演算部９１００は、制御部９２００に接続されており、制御部９２００の命令に基づき、光学特性等の演算を行う様に構成されている。
【０１５３】
制御部９２００は、演算部９１００を含む全体の制御を司っている。更に、アライメント処理部９３００は、アライメント処理を制御駆動する様に構成されている。
【０１５４】
表示部９４００が、演算部９１００で求められた出力データを表示し、この表示部９４００は、演算部９１００で求められた被検眼の光学特性の演算結果及び角膜形状とを表示することもできる。
【０１５５】
更に本発明の演算部９１００は、角膜形状から予想される被検眼の光学特性を演算し、この予想光学特性と、第３受光部３４００の出力に基づいて求めた光学特性との比較を行い、角膜形状以外の要因による光学特性の異常を判断することもできる。この光学特性の演算は、光線追跡によるか、より簡単な近似を使った計算を利用できる。なお、網膜上の２次点光源の位置は、そのときの屈折特性測定のＳ値からモデル的な値を利用することができる。
【０１５６】
なお、各電気的構成との接続関係は、図３の様になる。
【０１５７】
固視標光学系３５００は、固視標結像レンズ３５１０と、固視標３５２０とから構成されている。
【０１５８】
第３照明光学系３１００からの光束と、固視標光学系３５００からの光束は、第３のダイクロイックミラー３５３０で同軸とされている。
【０１５９】
固視標光学系３５００は、パターンを見せて被検者を、雲霧、所定の点に固定、等、調整することができる。また、固視標光学系３５００は、被検者の屈折力に応じて光軸方向に移動可能に構成されている。
【０１６０】
なお、本第２実施例の第１の照射光学系１１００と第１受光光学系１２００とには、第３のダイクロイックミラーが挿入されており、９０度偏向される様に構成されている。
【０１６１】
なお、その他の構成、作用、動作等は、第１実施例と同様であるから説明を省略する。
【０１６２】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、第１波長の光束を発する第１光源と、該第１光源からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光する様に照明するための第１照明光学系と、被検眼角膜から反射した前記第１照明光束を受光し第１受光部に導くための第１受光光学系と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第１変換部材と、該第１変換部材で変換された複数の光束を受光する第１受光部と、前記第１波長と異なる第２波長の光束を発する第２光源と、第２光源の第２照明光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜に投影する第２照明光学系と、被検眼角膜で反射された第２照明光束を受光し、第２受光部に導くための第２受光光学系と、第２受光光学系からの第２照明光束を受光する第２受光部と、第１受光部で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼の中心付近の角膜形状を求め、第２受光部からの第２照明光束の受光位置に基づき被検眼の周辺部の角膜形状を求める演算部とから構成されているので、対物系が小型化でき、コンパクトな眼科装置を提供することができるという卓越した効果がある。
【０１６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の眼科装置１００００の構成を示す図である。
【図２】第１実施例の眼科装置１００００の電気的構成を説明する図である。
【図３】プラチドリングを説明する図である。
【図４】ＸＹアライメントを説明する図である。
【図５】Ｚアライメントを説明する図である。
【図６】アライメントを説明する図である。
【図７】原理を説明する図である。
【図８】原理を説明する図である。
【図９】プラチドリングを使用した面形状の測定を説明する図である。
【図１０】測定原理を説明する図である。
【図１１】測定領域を説明する図である。
【図１２】第２実施例の眼科装置１００００の構成を示す図である。
【図１３】第２実施例の電気的構成を説明する図である。
【符号の説明】
１００００第１実施例の眼科装置
２００００第２実施例の眼科装置
１０００被検眼
１０１０角膜
１０２０虹彩
１０３０網膜
１１００第１照明光学系
１１１０第１光源
１２００第１受光光学系
１３００第１変換部材
１４００第１受光部
２１００第２照明光学系
２１１０第２光源
２１２０プラチドリング
２１３０アライメント光源
２２００第２受光光学系
２２１０第２受光部
３１００第３照明光学系
３１１０第３光源
３１２０第１の集光レンズ
３１３０光束遮蔽部材
３１４０第２の集光レンズ
３２００第３受光光学系
３２１０第３受光部
３４００第２変換部材
３５００固視標光学系
３５１０固視標結像レンズ
３５２０固視標
５１００Ｚアライメント光学系
５１１０第４の光源
５１２０コリメータレンズ
５１３０集光レンズ
５１４０１次元撮像素子
９１００演算部
９２００制御部
９３００アライメント処理部
【数１】

【数２】

Claims

第１波長の光束を発する第１光源と、該第１光源からの第１照明光束で被検眼角膜曲率中心付近に集光する様に照明するための第１照明光学系と、被検眼角膜から反射した前記第１照明光束を受光し第１受光部に導くための第１受光光学系と、この反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第１変換部材と、該第１変換部材で変換された複数の光束を受光する第１受光部と、前記第１波長と異なる第２波長の光束を発する第２光源と、第２光源の第２照明光束で所定のパターンの指標を被検眼角膜に投影する第２照明光学系と、被検眼角膜で反射された第２照明光束を受光し、第２受光部に導くための第２受光光学系と、第２受光光学系からの第２照明光束を受光する第２受光部と、第１受光部で得られた光束の傾き角に基づいて被検眼の中心付近の角膜形状を求め、第２受光部からの第２照明光束の受光位置に基づき被検眼の周辺部の角膜形状を求める演算部とから構成される眼科測定装置。
前記第２照明光学系は、前記記所定のパターンの指標として複数の同心輪帯からなるプラチドリングを投影する様に構成され、前記第２受光光学系は、対物レンズを含み、その対物レンズの物側焦点位置にテレセントリック絞りを配置している請求項１記載の眼科測定装置。
前記第１受光光学系の受光する第１照明光束の被検眼角膜近傍での第１照明領域と、前記第２受光光学系の受光する第２照明光束の被検眼角膜近傍での第２照明領域とが、隣接しているか又は重なり合っている様に構成されている請求項１又は２記載の眼科測定装置。
更に、前記第１波長及び前記第２波長と異なる波長の第３波長の光束を発する第３光源と、該第３光源からの光束で被検眼網膜上で微小な領域を照明するための第３照明光学系と、被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導くための第３受光光学系と、該反射光束を少なくとも１７本のビームに変換する第２変換部材と、該第２変換部材で変換された複数の光束を受光する第３受光部とを備え、前記演算部が、第３受光部で得られた光束の傾き角に基づいて、被検眼の光学特性を求める様に構成されている請求項１〜３の何れか１つに記載の眼科測定装置。