JPH0265832A

JPH0265832A - 眼科装置

Info

Publication number: JPH0265832A
Application number: JP63217835A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Arai; 昭浩荒井; Yasufumi Fukuma; 康文福間; Yoshinori Oana; 小穴　好徳
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1990-03-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、被検眼の眼屈折力、角膜形状の測定に用いる
眼科装置の改良に関する。

（従来の技術）従来から、眼科装置には、リング状の指標像を投影する
ことにより被検眼の眼底に形成された指標像を眼屈折力
測定光学系を用いて二次元撮像素子に再形成し、この二
次元撮像素子に再形成された眼底反射像に基づき演算処
理を行なって、眼屈折力の測定を行なうものに、角膜形
状測定光学系を設けて、角膜曲率半径を測定できるよう
にしたものがある。

この従来の眼科装置では、角膜形状の測定、眼屈折力の
測定に際し、被検眼と装置本体とのアライメント調整を
行なっており、そのアライメント調整は、被検眼の角膜
にアライメント指標を投影し、角膜鏡面反射によるアラ
イメント指標像を肉眼で直接観察するか又はＣＲＴを介
して観察することにより、アライメント指標像のピント
、そのアライメント指標像の被検眼に対する上下左右方
向の位置を正確に合わせることにより行なう。

（発明が解決しようとする課題）ところが、この従来の眼科装置では、この装置の取り扱
いに熟練した検査者でない者には、そのアライメント指
標像のピント、そのアライメント指標像の被検眼に対す
る上下左右方向の位置を正確に合わせることが国運であ
り、装置の取り扱いに慣れていないと、アライメント調
整を正確に行なうことができず、結果として眼屈折力の
測定に誤差が生じるという不具合がある。

そこで、角膜形状測定に関しては、アライメントの不正
確さに基づく角膜曲率半径の測定値への影響を避けるた
めに、リングパターンからの光束を球面レンズあるいは
円柱レンズにより平行光束にして、眼屈折力測定光学系
の光軸に対して斜め方向無限遠から対物レンズを介さず
に被検対象物に投影するように構成しているが、作動距
離調整の誤差が測定精度に影響を与えないという利点を
有する反面、リングパターンからの光束を無限遠から投
影させるための特殊なレンズ系を必要とするため構造的
に複雑かつ高価であり、また、特殊なレンズ系を用いる
ため、リングパターンとそのレンズ系との相対的位置調
整を正確に行なわなければならず、組立調整の上でも困
難であるという欠点を有しているのに加えて、眼屈折力
の測定に際してはアライメントの不正確さに基づく眼屈
折力のＭｌｌ定値の誤差を排除できない不具合がある。

（発明の目的）本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目
的とするところは被検眼と装置本体とのアライメントの
不正確さに基づく誤差を除去できると共に、装置の構成
の簡単化、装置の価格の低減化を図ることのできる眼科
装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明に係る眼科装置は、上記の目的を達成するため。

被検眼の眼底にリング状の指標像を投影し、該被検眼の
眼底反射像を、対物レンズを有する眼屈折力測定光学系
を介して二次元撮像素子に投影し、該二次元撮像素子に
より検出された信号に基づいて前記被検眼の屈折力を演
算測定する眼科装置において、前記眼屈折力測定光学系
には前記対物レンズを共有する角膜形状測定光学系が設
けられ。

該角膜形状測定光学系は、前記対物レンズを介さずに前
記被検眼の角膜に有限距離から投影されたリングパター
ン光の反射に基づく一のリング像を第１の開口絞りを介
して前記二次元撮像素子に導く第１の光路と、前記リン
グ像とは倍率の異なる他のリング像が前記二次元撮像素
子上に形成されるように、第２の開口絞りを介して前記
二次元撮像素子に導く第２の光路とを備え、前記第１の
開口絞りと第２の開口絞りの前記対物レンズに関する各
共役位置は互いに異ならされている。

（実施例）以下に、本発明に係る眼科装置の実施例を図面を参照し
つつ説明する。

第１図は１本発明に係る眼科装置に用いる角膜形状測定
光学系２００の模式図を示し、１は被検眼の角膜、２は
第１光路、３はパターン投影光学系である。パターン投
影光学系３はパターン形成板４と、リング状の光源５と
を有する。パターン形成板４は、第２図に示すようにリ
ング状のパターン６を有する。パターン投影光学系３は
、後述する対物レンズを介さずに角膜１に被検眼の斜め
方向からパターン光を投影する。角膜１には、そのパタ
ーン光に基づきリング像ｉが形成される。

第１光路２は、対物レンズ７、ハーフミラ−９，１０を
有し、符号０はその対物レンズ７の光軸である。ハーフ
ミラ−９，１０は、第２光路１１を形成するためのもの
で、第２光路１１は全反射ミラー１２．１３、リレーレ
ンズ１４を有する。

ハーフミラ−９，１０の間には第１絞り１５が設けられ
、第２光路１１の途中にはリレーレンズ１４と全反射ミ
ラー１３との間に、第２絞り１６が設けられている。こ
こで、その第１絞り１５は、第３図に示すようにその第
１絞り１５の虚像が被検眼角膜位置がら充分遠くに形成
されるようになっている。ここで、第１絞り１５の虚像
が形成される光軸○上の位置を点２とする。一方、第２
絞り１６は第４図に示すように、第２絞り１６の実像１
７が対物レンズ７を境に第２絞り１６と反対側に形成さ
れるようになっている。このように第１絞り１５と第２
絞り１６の対物レンズ７に関する各共役位置が互いに異
なるように構成する。

第１光路２をこのように構成すると、リング像ｉを形成
する反射光は、ハーフミラ−９を通過する際に、二光束
に分離され、その一方の光束は、そのまま第１絞り１５
を通過し、ハーフミラ−１０を介して二次元撮像素子８
に一のリング像ｉ□として再結像される。他方の光束は
、第２光路１１に導かれ、第２絞り１６を通過し、て、
ハーフミラ−１０を介して、他のリング像ｉ、として二
次元撮像素子８に再結像される。その際、第２光路１１
を適宜に形成すると、二次元撮像索子８に再結像される
一のリング像１１と他のリング像ｉ、の結像倍率を異な
らせることができる。

ここで、第３図、第４図に着目すると、模式的に矢印と
して示された基準位置Ｙの位置に形成されるリング像ｉ
の矢印頂点から出射されて第１絞り１５を通過した光線
により二次元撮像素子８に再結像されるリング像１１は
、光軸Ｏに関し下向きとなり、模式的に矢印として示さ
れたリング像ｉの矢印頂点から出射されて第２絞り１６
を通過した光線により二次元撮像素子８に再結像される
リング像ｉ、は、光軸０に関し上向きとなる。よって、
第５図に示すように、角膜１の頂点Ｐと曲率中心０′と
を結ぶ直線Ｍと光軸０とが合致しているときには、二次
元撮像素子８に再結像されたリング像ｉ□、１２は同心
上に観察され、被検眼の角膜１に対し、光軸○が上下左
右方向にずれているときは、第６図に示すように一のリ
ング像主１と他のリング像ｉ、とか、互いに反対方向に
動くこととなる。したがって、この一のリング像ｉ□と
他のリング像ｉ、とが同心上になるように装置本体をア
ライメントすることができる。

ここで、第２絞り１６の実像１７が形成される光軸Ｏ上
の位置を原点Ｇとし、原点Ｇから点Ｚまでの距離をＬ□
とする。そして、この原点Ｇから光軸Ｏの方向に距離り
、たけ離れた箇所に基準点Ｙを定める。なお、この基準
点Ｙは、二次元撮像素子８上に再結像されたリング像ｉ
工、ｉ、がピンぼけしない程度に決める。そして、この
基準点Ｙからの距離ΔＸを装置本体から被検眼までの適
正作動距離に対するずれ量として定義する。

今、リング像ｉの半径をｈとし、距離ΔＸ＝０のときに
、第１光路２．第２光路１１を介して二次元撮像素子８
に再結像されるリング像１１．１２の半径をｙｌ、ｙｌ
とする。また、距離ΔＸのときに。

第１光路２、第２光路１１を介して二次元撮像素子８に
再結像されるリング像ｉ工、１２の半径をｙ１′、ｙ２
′とする。

同一観測面では、角倍率は一定だからリング像ｉから出
る光線の傾きのタンジェントと、ｙｌ、ｙ□　、　ｙｌ
、３’２′とは比例しているから以下の式を得る。

ｈ／（Ｌ１＋Ｌ、）＝に□・ｙｌ　　　　・・・■ｈ／
（Ｌ、＋Ｌ、＋ΔＸ）＝　Ｋ工・　ｙ１′・・・■ｈ／
Ｌ、＝に、・　ｙ、　　　　　　　　　　　・・・■ｈ
／（Ｌ、＋ΔＸ）＝に、・　ｙｌ　　　　　・・・■こ
こで、Ｌｌ、Ｌ７、Ｋいに、は光学系により定まる定数
であり、これらは半径既知のリングスケールの計測によ
り正確に決定することができる。

してみると、半径りの既知のリング状のパターンを任意
の位置に置いたときの距離ΔＸは、ＫいＬ□、に７、Ｌ
、が決定されているから、二次元撮像素子８上でのリン
グ像ｉｉ、１２の半径ｙ１３’２′を検出し、この値か
ら以下の■、０式を解くことにって得られる。

ｈ＝に１（Ｌ１＋Ｌ、）・ｙ□’＋に□・ｙ□′・ΔＸ
・・・■ｈ＝に、・Ｌ、・ｙｌ　’　＋　Ｋｔ・ｙ、　
・ΔＸ　　　・・・■ここで、■式と０式よりｈを消去
すると、距離ΔＸは、 ΔＸ＝（Ｋ、’・Ｖｔ’　　Ｋｌ’・ｙｔ’）／（ｘ□
・ｙｌ−に、　　・ｙ、′）・・・■ ただし、Ｋｔ　　＝　Ｋｔ（Ｌｔ　＋　Ｌ２）・・・■に、’＝
に、・Ｌ、　　　　　・・・■として求められる。

ここで、弐〇、■に着目すると、に□′、Ｋ。

がΔＸ＝０のときの結像倍率を表し、Ｋ１・ΔＸ、Ｋ、
・ΔＸは結像倍率の補正項を意味しているこの０式に示
されるように、二次元撮像索子８のリング像ｉ工、ｉ、
の半径ｙ□′、ｙ２′をそれぞれ検出すれば角膜反射に
より形成されるリング状のパターン像の大きさに関係な
くこの像の基準位置Ｙからのずれ量ΔＸを算出すること
ができる。

次に、ΔＸを基に角膜曲率半径Ｒを算出する方法につい
て述べる。第７図に示すように、リング状の光ｇ５と第
３図、第４図に示す原点Ｇとの光軸０上の距離をｇ及び
Ｈは装置で決まる定数で。

曲率半径既知の球面での反射像を計測することによって
正確に決定できる。従って、第７図に示す光源５からリ
ング像ｉが形成された点までの光軸○上の距離ｄは、ｄ＝ΔＸ＋Ｌ、十と　　・・・［相］ここで、光源Ｓから出て角膜１によって反射された光の
うち、光軸Ｏに平行に進む光線を考えると、曲率半径Ｒ
の角膜１の曲率中心０′と光源５までの光軸Ｏ上の距離
Ｑは、三角形Ｚ　２　Ｚ　４　Ｚ　３とｏ　’　ｚ、ｚ
、の相似条件より、Ｑ＝ｄ−Ｈ／　（Ｈ−ｈ）　　　・・・■なお、上式で
、Ｈは光ｉｎ　５と光軸０との距離、ｈは光軸Ｏと平行
に反射された光線と光軸Ｏとの光軸間距離である。

次に、光源５から出射された光のうち角膜１で反射後光
軸０に平行に進む光線の角度をφとすると、球面反射の
法則により、ｈ　＝：　Ｒ−ｓｉｎ（φ／２）　　　−・・■一方、
Ｑは下記の式のようにも表現できる。

ｎ　＝（Ｈ−ｈ）／ｌａｎφ＋ＪＲ２−ｈ”−＠ここで
、前述したように算出されたΔＸの値から式［相］、■
に従って２が求められる。

そうすると、式０、式０はＲとφのＲの２変数による方
程式となり、連立方程式により角膜曲率半径Ｒを算出す
ればよい。

よって、第１図に示すように、二次元撮像素子８により
得られた画像データをフレームメモリー１９に蓄積し、
逐次走査して演算処理部２０に呼び出し、公知の楕円式
により近似して２重のリング像ｉい　ｉ、の長径をｙｌ
　−Ｖｔ′として、式■に代入する。そして、これによ
り、ΔＸを求めて、この求めたΔＸを式■、■の一方に
代入してｈを求め、［相］〜０の式に基づき演算を行な
えば、弱主径線の曲率半径Ｒを求めることができる。

同様にして、２重に得られた楕円の短径も同様の演算を
行なうことによって得られ、強主経線方向の曲率半径も
求めることができる。

さらに、乱視軸角度も楕円式により求めることができる
。

次に、このような角膜形状測定光学系２００を眼屈折力
測定光学系１００と共に設けた眼科装置の光学系を第８
図を参照しつつ説明する。

眼屈折力測定光学系１００は、被検眼Ｅに望む対物レン
ズ７、ハーフミラ−９’、６０、孔あき反射プリズム７
０、円形絞り８０ａ、リレーレンズ９０．フィルタ１０
１、ハーフミラ−１０′、リング絞り８０ｂ、リレーレ
ンズ１２０、反射ミラー１３０、リングパターン１４０
、円錐プリズム１５０、コンデンサレンズ１６０、Ｌ　
Ｅ　Ｄ　１７０から概略楕成されている。

眼屈折力測定光学系１００の対物レンズ７の光軸Ｏには
ハーフミラ−９’、６０、孔あき反射プリズム７０、円
形絞り８０ａ、リレーレンズ９０．フィルタ１０１、ハ
ーフミラ−１０’が配設されている。孔あき反射プリズ
ム７０によって光軸０がら分岐された光軸Ｏ□上には、
リング絞り８０ｂ、リレーレンズ１２０、反射ミラー１
３０、リングパターン１４０、円錐プリズム１５０、コ
ンデンサレンズ１６０．ＬＥＤ１７０が配設されている
。

ハーフミラ−９′は眼屈折力測定光学系１００がら分岐
して角膜形状測定光学系２００を形成する光路分岐部材
としての機能を有する。このハーフミラ−９′は波長４
００〜７００　ｎ　ｍの光と波長８６５ｎｍの光とを透
過し、波長９３０　ｎ　ｍ　−１０００ｎ　ｍの光を反
射する特性を有する。

ハーフミラ−６０は、波長４００〜７００ｎｍの光を反
射し波長８６５ｎｍの光を透過する特性を有し、固視標
像を形成する固視標像投影光学系１８０からの固視標像
を対物レンズ７の側に向けて反射する機能を有する。同
視標像投影光学系１８０は被検眼Ｅの注視方向を固定す
るもので、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を発生
するタングステン光源１９０゜コンデンサレンズ２０１
、固視＠　２１０、コリメータレンズ２２０、反射ミラ
ー２３０、リレーレンズ２４０から構成されている。タ
ングステン光源１９０から発射された波長４００ｎｍ〜
７００ｎｍの可視光は、コンデンサレンズ２０１を介し
て固視ｌ９１２１０に照射される。

この固視ｖＡ２１０からの光束はコリメータレンズ２２
０、反射ミラー２３０、リレーレンズ２４０によりハー
フミラ−６０に導かれ、このハーフミラ−６０により反
射されて、対物レンズ７により被検眼Ｅの眼底Ｒに投影
される。

孔あき反射プリズム７０は、眼屈折力測定用の発光源と
してのＬＥＤ１７０から出射される波長路８６５ｎｍの
光を被検眼Ｅに向かって反射し、被検眼Ｅの眼底Ｒにお
いて反射された光を受光部３００に導くものである。こ
の受光部３００は第１図に示した二次元撮像素子８、フ
レームメモリ１９、演算処理部２０の他、モニターテレ
ビ４６０を有する。

孔あき反射プリズム７０には、リング絞り８０ｂが臨ん
でおり、眼底指標光束が孔あき反射プリズム７０に投影
されると、眼底指標光束はその孔あき反射プリズム７０
によって被検眼Ｅに向かう方向に反射される。この眼底
指標光束は、第９図、第１０図に示すように、ＬＥＤ１
７０から発射された光がコンデンサレンズ１６０により
集光されると共に、円錐プリズム１５０で偏向され、リ
ングパターン１４０゜リレーレンズ１２０を介して更に
集光された後、リング絞り８０ｂ、対物レンズ７を介し
て被検眼Ｅの眼底Ｒ上に投影され、これによって、リン
グパターン像である眼底指標像が形成される。孔あき反
射プリズム７０には、光軸０に沿って延びる穴７０ａが
貫通形成されている。被検眼Ｅの眼底Ｒ上に形成された
眼底指標像の眼底反射光束は対物レンズ７を介して収束
された後、穴７０ａを通過する。

円形絞り８０ａは、孔あき反射プリズム７０の穴７０ａ
に連通する穴８０ｃを有している。第１１図に示すよう
に、この六８０ｃによって対物レンズ７によって収束さ
れた眼底反射光束は絞られつつリレーレンズ９０を介し
てフィルタ１０１に導かれるようになっており、ハーフ
ミラ−１０′を介して二次元撮像素子８上にリング状の
パターン像である眼底反射光束像が形成される。

フィルタ１０１は波長８６５ｎｍの光のみを透過する特
性を有しており、円形絞り８０ａを通過する眼底反射光
束を透過してハーフミラ−１０′に導くようになってい
る。ハーフミラ−１０′は波長路８６５ｎｍの光を透過
し、波長９３０ｎｍ〜１０００　ｎ　ｍの光、７００ｎ
ｍの光を反射して受光部３００に投影する特性を有する
。

角膜形状測定光学系２００は、第１図に示したようにパ
ターン投影光学系３と、リング状の指標像を二次元撮像
素子８上に形成するための第１光路２と、第２光路１１
とを有する。

パターン投影光学系３を構成するリング状の光源５は波
長９３０　ｎ　ｍ　”　１０００　ｎ　ｍの光を発生す
るものである。この光源５にはＬＥＤを用いる。角１模
１に投影されるリングパターン光は、第１図に示したよ
うに角膜１の表面で反射され、対物レンズ７を介してハ
ーフミラ−９′に導かれ、このハーフミラ−９′により
反射されて、第１光路２、第２光路１１に導かれるよう
になっている。第１光路２はハーフミラ−３０１とハー
フミラ−３１０とを有する。ハーフミラ−３０１は第１
図に示したハーフミラ−９に相当し、ハーフミラ−３１
０は第１図に示したハーフミラ−１０に相当する。

第２光路１１の第２絞り１６、リレーレンズ１４は、こ
こでは、全反射ミラー１２．１３の間に設けられ、第２
絞り１６と全反射ミラー１２との間にはリレーレンズ３
８０が設けられている。第２絞り１６はここでは対物レ
ンズ７に関し被検眼Ｅから２０ｍ＋ｍ〜３０ｍｍ離れた
点と共役になっている。ハーフミラ−３０１を透過した
光束は、全反射ミラー１２により反射され。

リレーレンズ３８０．第２絞り１６、リレーレンズ１４
、ハーフミラ−３１０，レンズ４２０を経て二次元撮像
素子８に投影される。

第１光路２の第１絞り１５とハーフミラ−３１０との間
には、フィールドレンズ３２０、反射ミラー３３０、ハ
ーフミラ−３４０，リレーレンズ３５０が設けられてい
る。ハーフミラ−３０１により反射された光束は。

第２絞り１６の共役位置とは十分に離れた位置と共役に
なっている第１絞り１５、リレーレンズ３２０、反射ミ
ラー３３０．３４０、リレーレンズ３５０、ハーフミラ
−３１０、レンズ４２０を経て二次元撮像素子８に第２
光路により得られた像に重ねて投影される。

これによって、第５図、第６図に示すリング像ｉ工、ｉ
、が二次元撮像素子８に形成される。

このリング像ｉ１．ｉ２を画像データとしてフレームメ
モリ１９に取り込み、２重のリング画像データを演算処
理して２重の楕円としてとらえ、それらの長径、短径の
長さと前述のｙ工′、ｙｙ′として計算を行なえば、前
記したように角膜の強弱主経線方向の曲率、乱視軸角度
、作動距離が得られる。この作動距離に基づき得られた
眼屈折力を補正すれば、アライメントの不正確さに基づ
く眼屈折力を補正できる。なお、眼屈折力の演算につい
ては公知であるので説明を省略する。

この眼屈折力測定光学系１００は第８図に示すように照
準スケール４９０、アライメント用指標４３０を設けて
もよい。この照準スケール４９０は波長７００ｎｍの光
を発生する光源４８０によって照明され、リレーレンズ
５００、ハーフミラ−３４０、リレーレンズ３５０、ハ
ーフミラ−３１０、レンズ４２０、ハーフミラ−１０′
を経て前記した２重のリング像ｉ、、ｉ、と共に二次元
撮像素子８に投影される。したがって、この眼科装置に
よるアライメントはモニターテレビ４６０を用いて２重
のリング像ｉ工、ｉ、と照準スケール４９０とをｗｔ察
しながら行なうこともできるし、アライメント用指標４
３０と照準スケール４９０とを用いて行なうこともでき
るが、２重のリング像１１、ｉ、をアライメントに用い
れば、測定する角膜表面形状が定性的に観察できるので
便利である。

（発明の効果）以上説明したように１本発明によれば、作動距離を測定
するようにしたので、眼屈折力の測定値をその作動距離
に基づき補正できることになり、従来よりもより一層眼
屈折力の測定精度の向上を図ることができるという効果
を奏する。

逆にいえば、従来よりもラフなアライメント調整でも、
従来と同等程度の眼屈折力の測定精度、角膜曲率半径の
測定精度を確保することができることになり、装置に不
慣れな検査者であっても、その測定に信頼をおくことが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る角膜形状測定光学系を模式的に示
した光学図、第２図は第１図に示すパターン形成板の平面図、第３図
、第４図は第１図に示す角膜形状測定光学系を説明する
ための説明図、第５図、第６図は第１図に示す第１光路によって二次元
撮像素子に再結像されたリング像の状態を示す説明図、第７図は本発明に係る角膜形状測定光学系を用いて曲率
半径の測定を説明するための原理図、第８図は本発明に
係る眼科装置の光学系を示す図、第９図〜第１１図は第８図に示す眼屈折力測定光学系の
模式図。である。１・・・角膜、２・・・第１光路３・・・パターン投影光学系、７・・・対物レンズ８・
・・二次元撮像素子、１１・・・第２光路１５・・・第
１絞り、１６・・・第２絞り１００・・・眼屈折力測定
光学系２００・・・角膜形状測定光学系Ｅ・・・被検眼、Ｒ・・・眼底、ｉ工、ｉ、・・・リン
グ像第図弔図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検眼の眼底にリング状の指標像を投影し、該被
検眼の眼底反射像を、対物レンズを有する眼屈折力測定
光学系を介して二次元撮像素子に投影し、該二次元撮像
素子により検出された信号に基づいて前記被検眼の屈折
力を演算測定する眼科装置において、前記眼屈折力測定
光学系には前記対物レンズを共有する角膜形状測定光学
系が設けられ、該角膜形状測定光学系は、前記対物レン
ズを介さずに前記被検眼の角膜に有限距離から投影され
たリングパターン光の反射に基づく一のリング像を第１
の開口絞りを介して前記二次元撮像素子に導く第１の光
路と、前記リング像とは倍率の異なる他のリング像が前
記二次元撮像素子上に形成されるように第２の開口絞り
を介して前記二次元撮像素子に導く第２の光路とを備え
、前記第１の開口絞りと第２の開口絞りの前記対物レン
ズに関する各共役位置は互いに異なることを特徴とする
眼科装置。