JPH11137522A

JPH11137522A - 光学特性測定装置

Info

Publication number: JPH11137522A
Application number: JP9327098A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Mihashi; 俊文三橋; Katsuhiko Kobayashi; 克彦小林
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1999-05-25
Also published as: US6042233A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】所定のパターンを網膜に投影して被検眼の光学
特性を精密に測定する光学特性測定装置に係わり、特に
不正乱視成分の光学特性を測定できる光学特性測定装置
を提供する。【解決手段】照明光学系が、光源１００からの光束によ
る照明状態を変更できる照明状態変更部２１０を介して
被検眼網膜３００を照明し、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５００に導
き、光学特性演算部６００が、受光部からの出力信号に
基づいて、被検眼の光学特性を求める様になっており、
照明状態変更部が、光学特性演算部６００で得られた光
学特性に基づき、照明光学系が被検眼網膜上で微小な領
域を照明する様に、照明光学系の照明状態を変更する様
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、所定のパターン
を網膜に投影して被検眼の光学特性を精密に測定する光
学特性測定装置に係わり、特に不正乱視成分の光学特性
を測定できる光学特性測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の被検眼の光学特性を測定する装置
は、レフラクトメーターとして知られているが、その被
検眼の光学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度
のみを求め表示するに過ぎなかった。被検眼の中にはこ
れ以外の不正乱視成分を有している場合が有り、不正乱
視成分の量によっては、眼鏡ではなくコンタクトレンズ
の矯正や医師の診断を必要とする場合がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、不正乱視
成分を考慮した光学特性測定装置を開発し、特許出願し
ているが、被測定眼に正視でない場合、その乱視成分な
どの影響で点指標を被測定眼眼底に点像として投影する
ことができず測定誤差の原因となってしまう問題点があ
った。

【０００４】従って、被測定眼に乱視成分不正乱視成分
があっても、所定のパターンを網膜上に形成することが
できる光学特性測定装置の出現が強く望まれていた。

【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、照明用の光源と、該光源からの光束
による照明状態を変更できる照明状態変更部を介して被
検眼網膜を照明する照明光学系と、前記被検眼網膜から
反射して戻ってくる光束を受光し受光部に導く受光光学
系と、この受光部からの出力信号に基づいて、被検眼の
光学特性を求める光学特性演算部とを有し、前記照明状
態変更部が、前記光学特性演算部で得られた光学特性に
基づき、前記照明光学系が被検眼網膜上で微小な領域を
照明する様に、前記照明光学系の照明状態を変更するこ
とを特徴としている。

【０００６】また本発明の照明状態変更部は、デフォー
マブルミラーで構成することもできる。

【０００７】更に本発明の照明状態変更部は、空間光変
調器で構成することもできる。

【０００８】そして本発明の照明状態変更部は、シリン
ドリカルレンズを含むレンズ系で構成することもでき
る。

【０００９】また本発明の受光光学系は、被検眼虹彩と
前記受光面とが略共役な関係とすることもできる。

【００１０】更に本発明の受光光学系は、前記反射光束
を少なくとも１７つの領域に区分して、該領域において
光束を収束する収束作用と光束を透過する透過作用とを
有する変換部材を含み、前記受光部は前記変換部材から
の光束を受光し、前記光学特性演算部は、前記受光部で
得られた前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾
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。

【００１１】そして本発明の変換部材は、光軸と直交す
る面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネル
レンズで構成され、光学特性演算部は前記複数のマイク
ロフレネルレンズによる受光部の受光面上での前記反射
光束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、これに基
づき被検眼の光学特性を求める構成にすることもでき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以上の様に構成された本発明は、
照明光学系が、光源からの光束による照明状態を変更で
きる照明状態変更部を介して被検眼網膜を照明し、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、光学特性演算部が、受光部からの出
力信号に基づいて、被検眼の光学特性を求める様になっ
ており、照明状態変更部が、光学特性演算部で得られた
光学特性に基づき、照明光学系が被検眼網膜上で微小な
領域を照明する様に、照明光学系の照明状態を変更する
様になっている。

【００１３】また本発明の照明状態変更部は、デフォー
マブルミラーにすることもできる。

【００１４】更に本発明の照明状態変更部は、空間光変
調器にすることもできる。

【００１５】そして本発明の照明状態変更部は、シリン
ドリカルレンズを含むレンズ系にすることもできる。

【００１６】また本発明の受光光学系は、被検眼虹彩と
前記受光面とが略共役な関係にすることもできる。

【００１７】更に本発明の受光光学系は、変換部材が、
反射光束を少なくとも１７つの領域に区分して、該領域
において光束を収束する収束作用と光束を透過する透過
作用とを発揮し、受光部が、変換部材からの光束を受光
し、光学特性演算部が、受光部で得られた変換部材から
の収束作用を受け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。

【００１８】更に本発明の変換部材は、光軸と直交する
面内に配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレ
ンズで構成され、光学特性演算部は前記複数のマイクロ
フレネルレンズによる受光部の受光面上での前記反射光
束の収束位置から反射光束の傾き角を求め、これに基づ
き被検眼の光学特性を求めることもできる。

【００１９】

【実施例】

【００２０】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００２１】［第１実施例］

【００２２】本発明の第１実施例である光学特性測定装
置１００００は、図１に示す様に、照明用の光源１００
と、該光源１００からの光束による照明状態を変更でき
る照明状態変更部２１０を介して被検眼網膜を照明する
照明光学系２００と、前記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５００に導く受光光学系３０
０と、この反射光束を少なくとも１７つの領域に区分し
て、該領域において光束を収束する収束作用と光束を透
過する透過作用とを有する変換部材４００と、該変換部
材４００からの光束を受光する受光部５００と、該受光
部５００で得られた前記変換部材４００からの収束作用
を受けた光束の傾き角に基づいて被検眼の光学特性を求
める光学特性演算部６００とを有し、前記照明状態変更
部２１０が、前記光学特性演算部６００で得られた光学
特性に基づき、前記照明光学系２００が被検眼網膜上で
微小な領域を照明する様に、前記照明光学系２００の照
明状態を変更する構成となっている。

【００２３】そして、制御手段８００が、光学特性演算
部６００を含む全体の制御を司っている。

【００２４】光源１００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１００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。

【００２５】また、本第１実施例の光源１００は、ＳＬ
Ｄ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。

【００２６】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。

【００２７】本第１実施例の照明用の光源１００の波長
は、赤外域の波長、例えば８４０ｎｍを使用することが
できる。光源１００は、連続点灯させている場合には、
受光部５００において、光学特性測定用の光束と、被検
査対象物である被検眼前眼部の光束とが同時に受光され
る。

【００２８】また光源１００を点滅させた場合におい
て、消灯時では、受光部５００で被検眼前眼部のみの像
が形成され、点灯時では、受光部５００に光学特性測定
用の光束が受光される。このため、光学特性測定用の光
束が含まれない被検査対象物である被検眼前眼部の像を
形成することができ、より望ましい。

【００２９】照明光学系２００は、光源１００からの光
束で被検眼網膜を照明するためのものである。照明光学
系２００は、第１の集光レンズ２０１と、照明状態変更
部２１０と、可変絞り２０２と、第２の集光レンズ２０
３と、固視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから
構成されている。

【００３０】照明状態変更部２１０は、光源１００から
の光束による照明状態を変更させるためのものである。

【００３１】本第１実施例の照明状態変更部２１０は、
図８に示すデフォーマブルミラー（ＤＥＦＯＲＭＡＢＬ
ＥＭＩＲＲＯＲ）が採用されている。

【００３２】デフォーマブルミラー２１０Ａは、駆動回
路２１１１により、ピエゾ２１１１に対して駆動電圧を
印加し、ミラー面２１２を変形させ、照明状態を変更さ
せるものである。

【００３３】照明状態変更部２１０は、デフォーマブル
ミラー２１０Ａに限ることなく、液晶等の空間光変調器
や、シリンドリカルレンズを含むレンズ系を採用するこ
とができる。シリンドリカルレンズを含むレンズ系は、
例えば、シリンドリカルレンズと球面レンズの組み合わ
せが考えられる。

【００３４】可変絞り２０２は、光束遮蔽部材に該当す
るものであり、図１Ｂに示す様に、この可変絞り２０２
は、中心付近に開口のある第１絞り２０２ａと、周辺部
付近に開口のある第２絞り２０２ｂとが並べて配置され
ており、これを光軸と直交方向に制御演算処理手段８０
０からの信号で移動させることにより切り替え可能に構
成されている。

【００３５】従って、照明光学系２００の可変絞り２０
２は、被検眼１０００の瞳と略共役付近に、被検眼１０
００の瞳中心付近を通して照明する第１照明状態と、被
検眼１０００の瞳周辺付近を通して照明する第２照明状
態とを形成することができる。

【００３６】ここで、被検眼１０００は、角膜１１００
と、虹彩１２００と、網膜１３００とを備えている。

【００３７】この可変絞り２０２は、角膜反射による測
定への影響を軽減することができる。

【００３８】受光光学系３００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５００に導くための
ものである。受光光学系３００は、対物レンズ３０１
と、リレーレンズ３０２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変換部材４００と、ダイク
ロイックミラー３０３とから構成されている。

【００３９】受光光学系３００の変換部材４００は、照
明光学系２００の可変絞り２０２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。

【００４０】屈折測定は照明光学系２００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。

【００４１】即ち、可変絞り２０２の第１絞り２０２ａ
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２０２の第
２絞り２０２ｂ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。

【００４２】なお、周辺付近の測定範囲を少し犠牲にす
れば、可変絞りとせずに瞳周辺付近を通して照明する第
２絞りのみで測定することもできる。

【００４３】そして照明光学系２００は、被検眼１００
０の屈折力に応じて光源１００からの光束が検眼眼底上
で微小な領域を照明する様に構成されており、光源１０
０からの光束を照明するための点光源照明系２００Ａ
と、固視標投影系２００Ｂを含む照明系とを移動させる
ことにより被検眼１０００の屈折異常を矯正することが
できる。

【００４４】なお、点光源照明系２００Ａは、第１の集
光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、第２の集光レン
ズ２０３とから構成され、固視標投影系２００Ｂは、固
視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから構成され
ている。そして、点光源照明系２００Ａからの光束と固
視標投影系２００Ｂからの光束とは、第１のビームスプ
リッタ２０６で同軸とされている。

【００４５】そして光源１００と固視標２０５とは共役
関係に維持されている。また照明光学系２００を移動さ
せて、網膜に点光源及び固視標２０５の像が形成された
後に、制御演算処理手段８００からの信号により、固視
標投影系２００Ｂを僅かに遠ざけ雲霧させる。

【００４６】また、第１の視度調整機構が、点光源照明
系２００Ａと固視標投影系２００Ｂとの視度を、受光部
５００での受光レベルに応じて、この受光レベルが最大
となる様にして調整する様に構成されている。

【００４７】本第１実施例である光学特性測定装置１０
０００は、被検眼１０００の遠点、近点、または、その
間での、ある特定の屈折力を持った状態での光学特性を
測定することを一つの目的としている。

【００４８】従って、遠点での測定だけをとっても、被
検眼１０００によって「ー２５ディオプター」から「２
５ディオプター」程度の屈折力の差があるので、屈折力
の変化に応じて照明光束が検眼眼底上で微小な領域を照
明する様に構成されている。このため、光源１００と、
点光源照明系２００Ａと、固視標投影系２００Ｂとが、
制御演算処理手段８００からの信号により移動する様に
構成されている。

【００４９】また受光光学系３００は、対物レンズ３０
１と、リレーレンズ３０２と、変換部材４００と、受光
素子５００とから構成されている。被検眼が適切な作動
距離に位置している時には、次の関係を満足している。

【００５０】即ち、対物レンズ３０１の前側焦点は、被
検査対象物である被検眼前眼部と略一致している。更に
被検眼前眼部は、対物レンズ３０１及びリレーレンズ３
０２を介して、受光素子５００と略共役の関係となって
いる。

【００５１】そして、照明光学系２００と受光光学系３
００とは、光源１００からの光束が集光する点で反射さ
れたとして、その反射光による受光部５００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、受
光部５００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。こ
の結果、光源１００からの光束が、被検眼上で集光する
こととなる。

【００５２】次に、変換部材４００について説明する。

【００５３】受光光学系３００に配置された変換部材４
００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実施例の変換部材４００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。

【００５４】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。

【００５５】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、集光点と平行な出射に最適化され
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次光と０次光とも４０％の集光効率を実現でき
る。

【００５６】その結果、受光部５００には、変換部材４
００に相当するマイクロフレネルレンズの１次光が被検
眼の光学特性を示す光束として、マイクロフレネルレン
ズの０次光が被検眼前眼部像として、受光部５００に入
射することとなる。

【００５７】光源１００を連続点灯させている場合に
は、受光部において、光学特性測定用の光束と被検査対
象物である被検眼前眼部の光束が同時に受光されるの
で、表示部７００には、離散的に光学特性測定用の光束
の集光点が含まれた状態で、被検査対象物である被検眼
前眼部像が形成される。

【００５８】また、光源１００を点滅させた場合におい
て、消灯時に受光部で被検眼前眼部のみの像が形成さ
れ、これを表示部７００で表示する。光学特性の測定期
間は、被検眼前眼部の像をバッファメモリに記憶してお
き、これを表示する様にすることもできる。

【００５９】このため、光学特性測定用の光束が含まれ
ない被検査対象物である被検眼前眼部の像を形成するこ
とができ、より望ましいと言える。

【００６０】一方、眼底からの反射光は、対物レンズ３
０１及びリレーレンズ３０２を通過し、変換部材４００
を介して、その１次光として受光部５００上に集光す
る。ここで０次光は透過光束に相当し、１次光は収束光
束に相当する。

【００６１】また変換部材４００は、少なくとも１７個
の領域に分けられた各領域において、収束作用を行うマ
イクロレンズ部と透過作用を行う開口部分で構成するこ
とも可能である。

【００６２】本第１実施例の変換部材４００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】次に受光部５００は、変換部材４００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】受光部５００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、受光部５００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】そして受光光学系３００は、被検眼虹彩１
２００と変換部材４００と略共役な関係を形成してい
る。

【００６８】また、受光光学系３００には、ダイクロイ
ックミラー３０３が挿入されており、照明光学系２００
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。

【００６９】次に、ＸＹアライメント光学系９００を説
明する。

【００７０】ＸＹアライメント光学系９００は、アライ
メント光源９１０と、第２のビームスプリッタ９２０
と、対物レンズ９３０と、第３のビームスプリッタ９４
０とから構成されている。

【００７１】本第１実施例のアライメント受光部９５０
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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】また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、コリメータ
レンズ５１２０の光軸と交叉する様に配置されている。

【００７７】ここで図１０に基づいて、ＸＹアライメン
ト光学系９００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９１０を
点灯させる。次にＳ２では、対物レンズ９３０により光
を角膜１０１０上に集光させる。そしてＳ３では、アラ
イメント受光部９５０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。

【００７８】次に図１１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、虚像を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
虚像位置を測定する。更にＳ６では、測定された虚像位
置データを制御装置に送出する様になっている。

【００７９】なお、図１２に基づいて、レンズ配置を詳
細に説明する。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】次に、受光部５００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
光学特性演算部６００の動作原理について詳細に説明す
る。

【００８４】正視の場合平行光入射で眼底に結像
させ、眼底の二次光源が平行光で出射させる。

【００８５】近視の場合には、収束光を出射させる。

【００８６】正乱視の場合には、非点収差を求める。

【００８７】不正乱視の場合には、高次の収差との混合
を行う。

【００８８】ことが基本となる。

【００８９】ここで演算方法を詳細に説明する。

【００９０】図２に示す様に変換部材４００の座標を
Ｘ、Ｙとし、受光部５００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、

【００９１】ｗ（ｒ、θ）＝Ｗ（Ｘ、Ｙ）・・・・・・第１式

【００９２】となる。

【００９３】（ｉ、ｊ）番目の測定データは、同じ形式
に

【００９４】ｗ（ｒ_i、θ_j）＝Ｗ（Ｘ_i、Ｙ_j）・・・・・・第２式

【００９５】となる。測定データの内容については後で
説明する。

【００９６】波面の近似式として

【００９７】Ｆ（Ｋ、Ｇ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａ、Ｘ、Ｙ）＝定数（Ｋ）＋傾斜（Ｇ、Ｔ、Ｘ、Ｙ）＋球面（Ｓ、Ｘ、Ｙ）＋正乱視（Ｃ、Ａ、Ｘ、Ｙ）・・・・・第３式

【００９８】を選ぶ。

【００９９】この多項式中に現れる各成分を説明する
と、

【０１００】定数項は、Ｋである。

【０１０１】傾き角（アライメント誤差が反映される）
は、

【０１０２】Ｇｒｃｏｓ（θーＴ）＝Ｇｃｏｓ（Ｔ）Ｘ＋Ｇｓｉｎ（Ｔ）Ｙ・・・・・第４式

【０１０３】球面（符号の問題に関して）

【０１０４】「数１」

【０１０５】・・・・・第５式

【０１０６】Ｓが負のとき＋となり、Ｓが正のとき−と
なる。

【０１０７】正乱視（符号の問題に関して）

【０１０８】「数２」

【０１０９】・・・・・第６式

【０１１０】Ｃが負のとき＋、Ｃが正のときーとなる。

【０１１１】各測定点の残差の二乗和は

【０１１２】「数３」

【０１１３】・・・・・第７式

【０１１４】が最小になるようにＫ、Ｇ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、
Ａを決める。添え字のｉ、ｊは変換部材４００の１要素
に対応する。実際には、データが傾き角で出現するた
め、それぞれの波面の微分値を使って計算する。なぜな
ら、本装置において測定するデータは光線の傾き角であ
るからである。

【０１１５】光線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。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。

【０１１６】図２で次の関係が近似的に成り立つことが
知られている。

【０１１７】「数４」

【０１１８】・・・・・第８式

【０１１９】「数５」

【０１２０】・・・・・第９式

【０１２１】ｌ（エル）は、変換部材４００と受光部５
００との距離である。

【０１２２】「波面と本波面センサーで計測する横収差
量について」

【０１２３】変換部材４００の中心点がＸ、Ｙの各素子
においてｄｘ（Ｘ、Ｙ）、ｄｙ（Ｘ、Ｙ）を得る。

【０１２４】ここで、ｄｘ、ｄｙは変換部材４００の１
素子の対して、受光部５００上の、予め決まっている原
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。変換部材４００の１素子に対応する原点は、図２
に示す様に、波面がＷ一様に平らで、つまり、眼屈折率
特性が球面成分と乱視成分が共に０ディオプターで、あ
とで述べる不正乱視成分などの残差もない場合に、変換
された光束が測定できる受光部５００上の点である。

【０１２５】Ｓ、Ｃ、Ａがゼロで、残存収差もない状態
の時のそれぞれの点の位置を（ｘ⁰、ｙ⁰）とする。

【０１２６】ｄｘ（Ｘ_i、Ｙ_j）＝ｘ_ijーｘ⁰ _ij ・・・・・・第１０式

【０１２７】ｄｙ（Ｘ_i、Ｙ_j）＝ｙ_ijーｙ⁰ _ij ・・・・・・第１１式

【０１２８】そして、微分を使った場合の残差の二乗和
は、

【０１２９】「数６」

【０１３０】・・・・・・第１２式

【０１３１】ここでも、残差を最小にするようなＦのパ
ラメーターＧ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、を適当な非線型最適化手
法、例えば、減衰最小二乗法などを使って求めればよ
い。

【０１３２】Ｋ、Ｇ、Ｔは測定時の誤差などの影響と考
えられる。オートレフではＳ、Ｃ、Ａが測定量となる。

【０１３３】なお、球面と正乱視の式中に符号の定まら
ないところがあるが、それぞれの組み合わせを別々に計
算して、最も残差の少ない場合を採用すればよい。

【０１３４】Ａ「不正乱視成分」

【０１３５】残差が不正乱視成分になる。

【０１３６】残差成分は、今までのオートレフでは構造
上、測定することができない。また、ソフトウェアー的
にも新しい工夫が必要である。

【０１３７】残差、つまり、不正乱視成分の解析には、

【０１３８】（１）残差量を自乗和の形で算出する。

【０１３９】（２）収差論で知られている方法と同様
に成分に分ける。

【０１４０】（３）Ｓ、Ｃ、Ａで表される波面を基準
面として、ずれ量をすべて出力する。

【０１４１】等が考えられる。

【０１４２】また、不正乱視の大きい場合には、波面そ
のものの歪みを知るために、基準波面をＳによるもの、
または、単に、平面によるものなども必要になる場合が
ある。

【０１４３】「残差量の自乗和」

【０１４４】既に、前記の方法で決定されたＫ、Ｇ、
Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａを使って、残差の自乗和を測定する。
Ｎ行Ｍ列とすると、点数ｎ=Ｎ＊Ｍの自乗を２倍した数
で割ったものであり、

【０１４５】「数７」

【０１４６】・・・・・・第１６式

【０１４７】となる。

【０１４８】Ｂ「成分別の分析」

【０１４９】これらは、

【０１５０】コマ収差成分ｒ⁽²ⁿ⁺¹⁾ｃｏｓ（θ＋Ｔ_n）、ｎ＝１、２・・・・

【０１５１】球面収差成分ｒ²ⁿ ｎ＝２、３・・・・

【０１５２】高次の非点収差ｒ²ⁿｃｏｓ²（θ＋Ａ_n）、ｎ＝１、２・・・・

【０１５３】このほか回転方向に非点成分よりも高次の
収差が存在し、これが大事である。一般的にこれらは、

【０１５４】ｆ（ｒ）ｃｏｓⁿ（θ＋Ｔ_n）、ｎ＝２、３・・・・

【０１５５】これらの項のパラメータを決めるために、
光線の傾き角から先に得られたＧ、Ｔ、Ｓ、Ｃ、Ａによ
り、傾き角、球面、正乱視の各成分に寄与した量を引き
去る。その上で、ここで述べた、コマ収差成分、球面収
差成分、高次の非点収差およびその他の寄与を計算する
ことができる。

【０１５６】Ｃ「基準波面からのずれ量を出力」

【０１５７】基準波面Ｆ’と実際のＦの同位置でのｚ方
向での距離差ｄＬを表示する。

【０１５８】ここで次の様に定義する。

【０１５９】Ｆ_b、Ｆ_rは、Ｆから定数項と傾き角項を除
いたものである。

【０１６０】それぞれ、波面を近似した関数で表記し直
したもので、

【０１６１】（基準波面）＝Ｗ_b（Ｘ_i、Ｙ_j）＝Ｆ_b（Ｓ、Ｃ、Ａ、Ｘ_i、Ｙ_j）

【０１６２】（再生波面）＝Ｗ_r（Ｘ_i、Ｙ_j）＝Ｆ_r（Ｓ、Ｃ、Ａ、不正乱視成分のパラメータ、Ｘ_i、Ｙ_j）

【０１６３】 Δ（デルタ）ｚ_ij＝Ｗ_r（Ｘ_i、Ｙ_j）−Ｗ_b（Ｘ_i、Ｙ_j）

【０１６４】・・・・・・第１７式

【０１６５】ここで、全ての表示は波長単位で行うこと
ができる。また、μｍ等の単位で表示することも可能で
ある。

【０１６６】Ｄ「基準波面からのパワーのずれを表示
する」

【０１６７】（１）残差を成分別に計算したものから
パワーを計算する。（前と同様）

【０１６８】（２）残差成分のみからその点の残差成
分のみによる傾き角を求め、それと、近傍の点の傾き角
からパワーを計算する。

【０１６９】（３）測定値から基準波面Ｗ_bによって計
算されるその点の傾き角を引き去り、その後で、周辺の
点（典型的には８個又は、１５個）から、その点のパワ
ーを計算する。

【０１７０】なお、パワーは、図３に示す様に、微分幾
何で教えるところの曲面のある点での最大曲率と最小曲
率に関係した量と方位を直接表示する。即ち、曲率半径
Ｒで収束している時のパワーは、１／Ｒと表現される。

【０１７１】更に、図４及び図５に示す様に、ＭＥＲＩ
ＤＩＯＮＡＬＰＯＷＥＲを表示する方法がある。

【０１７２】正乱視は一般に垂直子午線方向のパワーが
強く、水平子午線方向のパワーが弱い。パワーはディオ
プターで表示することが通例である。

【０１７３】ここで、変換部材４００が、反射光束を少
なくとも１７以上のビームに変換することについて詳細
に説明する。

【０１７４】測定は、Ｓ、Ｃ、Ａ成分の測定であれば、
原点と動径方向の１点、回転方向は４点のデータから計
算できる。ここでは最低その１次づつ高次の情報が必要
であるので２＊８＝１６と原点の合計である１７点の計
測点が必要になる。

【０１７５】従って、光学特性演算部６００は、受光部
５００の受光面上の複数のマイクロフレネルレンズによ
る１次光の収束位置から光束の傾き角を求め、これに基
づき被検眼１０００の光学特性を求めることができる。

【０１７６】なお、変換部材４００にマイクロフレネル
レンズを使わない場合には、受光データの１点はぼやけ
た像になるので、各点の重心を求める。

【０１７７】そして、マイクロフレネルレンズを使った
場合でも、図６に示す様に、受光素子でわざとぼかした
像を観察することにより位置測定精度を向上させること
ができる。また、投影される光束が受光面において複数
の画素上に投影される様にし、各画素の光束の強度を参
考にして重心位置を求めることもできる。

【０１７８】この様に重心の計算をすることにより、素
子の１／１０以下の測定位置精度を確保することができ
る。

【０１７９】更に、光学特性演算部６００の演算結果を
表示するための表示部７００を設けてある。

【０１８０】この表示部７００は、被検眼１０００の光
学特性を球面成分、正乱視成分及びその軸角度並に、こ
れ以外の不正乱視成分とに分けて、光学特性演算部６０
０で得られた結果を表示すると共に、受光部５００から
の信号に基づき、被検眼前眼部が表示される様に構成さ
れている。

【０１８１】例えば、

【０１８２】（１）「球面成分、正乱視成分及びその
軸角度の表示」

【０１８３】不正乱視成分は、こま成分、高次の球面収
差成分、高次の非点収差成分を表示する。

【０１８４】（２）「球面成分、正乱視成分及びその軸
角度の表示」

【０１８５】不正乱視成分は、球面成分、正乱視成分の
みで構成される波面からのずれを２次元的に表示する。

【０１８６】（３）「２次元的に波面の曲率をたとえ
ばディオプターで表示」

【０１８７】グラフィックに表示も可能である。各表示
点に非点収差がある場合曲率が２種類存在する。微分幾
何学の教えるところにより、両者は直交している。

【０１８８】この表示部７００は、被検眼１０００の光
学特性をグラフィックに表示することができ、例えば、
被検眼１０００を全部から見た図（ｘ、ｙ座標）で表示
したり、ｘ、ｙ座標にパワーを例えばディオプター表示
でマッピングすることができる。

【０１８９】更に表示部７００は、被検眼１０００の光
学特性を正常眼からの偏差で表示することもできる。

【０１９０】また計測で求めたＳ、Ｃ、Ａの値から再現
した標準となる波面からのずれを波長オーダーでｘ、ｙ
座標系にマッピングすることもできる。

【０１９１】そして表示部７００は、被検眼１０００の
光学特性を正常眼からの偏差でグラフィックに表示する
こともできる。そして、これらの表示は等高線表示する
こともできる。

【０１９２】この等高線表示は、例えば、擬似カラーに
よるマッピングとすることもできる。

【０１９３】次に、図７（ａ）と図７（ｂ）に基づい
て、アラインメントについて説明する。

【０１９４】ここで、図７（ａ）に示す様に、受光系の
移動レンズ群３０２より被検者側のレンズを対物レンズ
群３０１とすると、アライメントは、被検物の測定基準
面（被検物が眼の場合には、出射瞳、角膜表面）に、対
物レンズ群３０１の前側焦点が一致する様に配置すれば
よいことになる。

【０１９５】測定光線が、対物レンズ群３０１を通過し
た後、光軸と交わる点（被検物が眼の場合には、眼底と
略共役点となる）に移動レンズ群３０２の前側焦点が来
る様に、移動レンズ群３０２が移動する。これにより、
受光部５００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。

【０１９６】そして、例えば被検物が眼の場合におい
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４００通過位置と、受光部５００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。

【０１９７】ここで図７（ｂ）基づいて、動作を説明す
る。

【０１９８】Ｓ１（ステップ１、以下、Ｓ１と略する）
では、光源１００を点灯させる。次にＳ２では、被検物
を固定する。そしてＳ３では、対物レンズ群３０１の前
側焦点位置と、被検物が一致する様にする。更にＳ４で
は、光源１００の像と移動レンズ群３０２の前側焦点と
が一致する様に、移動レンズ群３０２を移動させる。そ
してＳ５では、マイクロフレネルレンズ（ハルトマン
板）４００の０次光と１次光とを利用して像を形成し、
Ｓ６では、受光部５００に相当する２次元受光素子で、
Ｓ５で形成された像を受光する様に構成されている。

【０１９９】なお、図７（ｃ）に示す様に、レンズメー
タの場合には、印点を利用してアライメントが行えると
いう効果がある。

【０２００】次に、本第１実施例の具体的な測定動作を
図９に基づいて説明する。

【０２０１】まずＳ１で、計測を開始する。次にＳ２で
は、ＸＹアライメント光学系９００と、Ｚアライメント
光学系５１００とを利用してアライメントを実行する。
そしてＳ３では、雲霧を行って遠点を出し、変換部材４
００が形成する点像がシャープに見える様に調整する。
更にＳ４で、上述した波面の計測を行い、Ｓ５に進む。
なお波面は、眼の収差を表すものである。

【０２０２】Ｓ５では、変換部材４００が形成する各点
像がシャープであるかを判断し、シャープでない場合に
は、Ｓ６に進み、眼の収差をキャンセルする様に、照明
状態変更部２１０を駆動させる。Ｓ６で眼の収差をキャ
ンセルした後、再びＳ４に戻って波面を測定する。

【０２０３】このフィードバック制御により、Ｓ５で、
各点像がシャープであると判断した場合には、Ｓ７に進
み、上述の屈折率の計算を実行する。そして、Ｓ８で計
測を終了する。

【０２０４】このフィードバック制御は、制御手段８０
０が、照明状態変更部２１０を駆動させ、眼の収差成分
をキャンセルする様にコントロールし、応答を再び演算
処理することにより、収差成分を補償した制御系を実現
している。

【０２０５】その制御の一例を以下に示す。

【０２０６】光学特性演算部６００は、被検眼網膜１３
００から反射された光束の波面を前述した第２式、又
は、ゼルニケの多項式等を用いて、Ｗ（Ｘ_i、Ｙ_j）を求
める。

【０２０７】変換部材４００と照明状態変更部２１０と
は、略共役関係とされており、また照明状態変更部２１
０が直交反射で構成されている場合には、変換部材４０
０で測定された波面Ｗ（Ｘ_i、Ｙ_j）、（即ち、被検眼の
収差成分）を補正するために、デフォーマブルミラーの
移動量ｄ（α_i、β_j）を与える。

【０２０８】ここで、ｄ＝（Ｗ（Ｘ_i、Ｙ_j））／（２＊
（２）^0.5）とする。

【０２０９】そして（α_i、β_j）は、（Ｘ_i、Ｙ_j）と共
役な点である。

【０２１０】［第２実施例］

【０２１１】本発明の第２実施例である光学特性測定装
置２００００は、図１３に示す様に、照明光学系２００
が、第１実施例と異なっている。従って、照明光学系２
００のみ説明し、他の構成は、第１実施例と同様である
から説明を省略する。

【０２１２】照明光学系２００は、光源１００からの光
束で被検眼網膜を照明するためのものであり、第１の集
光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、照明状態変更部
２１０と、第２の集光レンズ２０３と、固視標結像レン
ズ２０４と、固視標２０５とから構成されている。

【０２１３】なお、点光源照明系２００Ａは、第１の集
光レンズ２０１と、可変絞り２０２と、第２の集光レン
ズ２０３とから構成され、固視標投影系２００Ｂは、固
視標結像レンズ２０４と、固視標２０５とから構成され
ている。そして、点光源照明系２００Ａからの光束と固
視標投影系２００Ｂからの光束とは、第４のビームスプ
リッタ２０７で同軸とされている。

【０２１４】そして光源１００と固視標２０５とは共役
関係に維持されている。また照明光学系２００をその光
軸方向に移動させて、網膜に点光源及び固視標２０５の
像が形成された後に、制御演算処理手段８００からの信
号により、固視標投影系２００Ｂを僅かに遠ざけ雲霧さ
せる。

【０２１５】また、第１の視度調整機構が、点光源照明
系２００Ａと固視標投影系２００Ｂとの視度を、受光部
５００での受光レベルに応じて、この受光レベルが最大
となる様にして調整する様に構成されている。

【０２１６】以上の様に構成された第２実施例の光学特
性測定装置２００００のその他の構成及び作用は、第１
実施例である光学特性測定装置１００００と同様である
から説明を省略する。

【０２１７】なお、本発明は光学特性測定装置であり、
必ずしも被検査対象物は、眼に限られるものではなく、
何れの被検査対象物の光学特性を測定することができ
る。

【０２１８】

【効果】以上の様に構成された本発明は、照明用の光源
と、該光源からの光束による照明状態を変更できる照明
状態変更部を介して被検眼網膜を照明する照明光学系
と、前記被検眼網膜から反射して戻ってくる光束を受光
し受光部に導く受光光学系と、この受光部からの出力信
号に基づいて、被検眼の光学特性を求める光学特性演算
部とを有し、前記照明状態変更部が、前記光学特性演算
部で得られた光学特性に基づき、前記照明光学系が被検
眼網膜上で微小な領域を照明する様に、前記照明光学系
の照明状態を変更する構成を有しているので、眼の収差
がキャンセルされ、クリアーな画像を得ることができる
という卓越した効果がある。

【０２１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光学特性測定装置１００
００の構成を示す図である。

【図２】原理を説明する図である。

【図３】パワーを、最大曲率と最小曲率に関係した量と
方位を直接表示する方法を示すものである。

【図４】ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬＰＯＷＥＲを表示する
方法を示す図である。

【図５】ＭＥＲＩＤＩＯＮＡＬＰＯＷＥＲを表示する
方法を示す図である。

【図６】位置測定精度を向上させる方法を示す図であ
る。

【図７（ａ）】アライメントを説明する図である。

【図７（ｂ）】アライメントの動作を説明する図であ
る。

【図７（ｃ）】レンズメータの場合を説明する図であ
る。

【図８】照明状態変更部を説明する図である。

【図９】本第１実施例の測定動作を説明する図である。

【図１０】アライメントを説明する図である。

【図１１】アライメントを説明する図である。

【図１２】アライメントを説明する図である。

【図１３】本発明の第２実施例の光学特性測定装置２０
０００の構成を示す図である。

【符号の説明】

１００００第１実施例の光学特性測定装置２００００第２実施例の光学特性測定装置１０００被検眼１１００角膜１２００虹彩１３００網膜１００光源２００照明光学系２０１第１の集光レンズ２０２可変絞り２０３第２の集光レンズ２０４固視標結像レンズ２０５固視標２１０照明状態変更部３００受光光学系３０１対物レンズ３０２リレーレンズ３０３ダイクロイックミラー４００変換部材５００受光部６００光学特性演算部８００制御手段９００ＸＹアライメント光学系９１０アライメント光源９５０アライメント受光部５１００Ｚアライメント光学系

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

【数６】

【数７】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明用の光源と、該光源からの光束によ
る照明状態を変更できる照明状態変更部を介して被検眼
網膜を照明する照明光学系と、前記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受光光学系
と、この受光部からの出力信号に基づいて、被検眼の光
学特性を求める光学特性演算部とを有し、前記照明状態
変更部が、前記光学特性演算部で得られた光学特性に基
づき、前記照明光学系が被検眼網膜上で微小な領域を照
明する様に、前記照明光学系の照明状態を変更すること
を特徴とする光学特性測定装置。
【請求項２】前記照明状態変更部は、デフォーマブル
ミラーで構成されている請求項１記載の光学特性測定装
置。
【請求項３】前記照明状態変更部は、空間光変調器で
構成されている請求項１記載の光学特性測定装置。
【請求項４】前記照明状態変更部は、シリンドリカル
レンズを含むレンズ系で構成されている請求項１記載の
光学特性測定装置。
【請求項５】前記受光光学系は、被検眼虹彩と前記受
光面とが略共役な関係となっている請求項１〜４の何れ
か１つに記載の光学特性測定装置。
【請求項６】前記受光光学系は、前記反射光束を少な
くとも１７つの領域に区分して、該領域において光束を
収束する収束作用と光束を透過する透過作用とを有する
変換部材を含み、前記受光部は前記変換部材からの光束
を受光し、前記光学特性演算部は、前記受光部で得られ
た前記変換部材からの収束作用を受けた光束の傾き角に
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１〜５の何れか１つに記載の光学特性測定装置。
【請求項７】前記変換部材は、光軸と直交する面内に
配置された複数の２重焦点のマイクロフレネルレンズで
構成され、光学特性演算部は前記複数のマイクロフレネ
ルレンズによる受光部の受光面上での前記反射光束の収
束位置から反射光束の傾き角を求め、これに基づき被検
眼の光学特性を求める請求項６記載の光学特性測定装
置。