JPS6266830A - 角膜形状測定装置 - Google Patents

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、被検眼角膜の反射率の差に影響されることな
く、角膜形状を精度良く測定し得る角膜形状測定装置に
関するものである。

［従来の技術］ 一般に、被検眼の誤情報を得るには、被検眼に所定の指
標を投影してその反射像を検出素子で検出し、その出力
を解析することによって測定値を得るようにしている。

しかしその際に、被検眼の光透過率、眼底の反射率、角
膜の反射率等は個体によって極めてばらつきが大きいの
で、被検眼による指標反射像の光量は１個々の被検眼に
よって３〜４倍もの大きな差を生ずることになる。

ところで、被検眼反射像を検出する検出素子としては、
小型・軽量・高信頼性から、近年では光蓄積型の一次元
ラインセンサ等が主に用いられているが、この光蓄積型
センサの入力光に対するダイナミックレンジは相当に狭
いため、被検眼によ　−る反射像の光量の変化を十分に
カバーすることができない、そのために、従来から種々
の方式が採用されており、主に被検眼に指標を投影する
照明光源の光量を可変とする方式と、光検出素子の感度
を可変とする方式とに分けられる。

しかし、光が照射される被検眼は特に光に敏感な生体で
あるので、被検眼に影響を及ぼさないように指標投影光
はできるだけ微弱な光量であることが要求されるため、
光量を広範囲に可変とすることができず、前者の照明光
源の光量を可変とする方式は実際上あまり効果がない、
従って、通常は後者の光検出素子の感度を可変とする方
式が採用され、光検出素子の光蓄積時間を可変とし、適
宜に光蓄積時間を長くして光検出素子の入力光レベルが
十分であると思われる時点で、検出信号を得ることによ
り受光感度を可変とするようにしている。

ところが、このように光蓄積時間を長くすると被検眼の
動きの影響が混入してしまい、正確なデータが得られな
いという問題を生ずる。また。

眼科用測定装置のうち特に角膜形状測定装置においては
、鏡面状の角膜からの反射光を受光するために、ストロ
ボフラッシュ光のような非常に発光時間の短い光源を使
う必要があり、光蓄積時間を長くする測定方法には不向
きである。従って、通　　−常の角膜形状測定装置にお
いては、平均的角膜反射率のとき一次元ラインセンサ等
に入射する光量が、−次元ラインセンサ等の約半分のダ
イナミックレンジになるように照明光源の発光光量を設
定するようにしている。このために、平均的反射率を有
する被検眼は勿論のこと、平均から何れかの方向にずれ
た反射率を有する被検眼においても。

−次元ラインセンサのダイナミックレンジによってカバ
ーされる確率が相当に大きくなり、成る程度の範囲で個
人差による被検眼角膜の反射率の差を吸収できることに
なる。

しかしゝ、この方式によれば成る程度広い範囲で反射光
を検出することはできるが、常に適正レベルで検出して
いるわけではないので、最高レベルと最低レベルとのＳ
／Ｎ比の差を生じ、測定精度が一様にならないという欠
点を有している。

［発明の目的］ 本発明の目的は、観察及び光軸調整用の投影指標の角膜
反射像を受光手段で把え、その出力信号レベルを比較処
理し、被検眼の角膜反射状態を検出し、それによって測
定光源の光量を個々の被検眼に最適な状態に制御するこ
とによって、高精度な測定を可能とする角膜形状測定装
置を提供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は。

被検眼の角膜に指標を投影し該指標の第１の反射像を結
像する第１の照明光源を含む第１の投影結像手段と、前
記指標の第１の角膜反射像を検知し角膜形状に関する情
報を得る光検出手段と、被検眼の角膜に指標を投影し該
指標の第２の角膜反射像を結像する第２の照明光源を含
む第２の投影結像手段と、前記第２の角膜反射像を受光
する受光手段と、該受光手段により得られる出力信号を
所定の値と比較する比較手段と、前記第１の照明光源の
発光光量を前記比較手段の出力結果によって制御する発
光光量制御手段とを備えたことを特徴とする角膜形状測
定装置である。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す光学系及び電気系の構
成図であり、被検眼Ｅに対向して順次にコリメータ用リ
ングレンズｌ、リング状ストロボ２、リング状蛍光管３
が配列されており、リングレンズ１の被検眼Ｅの反対側
にはリング状スリット４が設けられている。また、被検
眼Ｅの光軸上には順次に対物レンズ５．グイクロイック
ミラー６、多数穴絞り７、プリズム８が配置され、多数
穴絞り７に対応する位置に一次元位置検出素子９が設け
られている。グイクロイックミラー６の反対何には、順
次にリレーレンズ１０、ＴＶ右カメラ１が配置され、Ｔ
Ｖ右カメラ１の出力はＴＶモニタ１２とビデオ信号処理
回路１３とが接続されており、ビデオ信号処理回路１３
の出力はインタ　−フェイス１４に接続されている。イ
ンタフェイス１４の出力はストロボトリガ回路１５、ス
トロボ光量制御回路１６、表示器１７に接続され、更に
マイコンパス１８との間で信号を送受信するように接続
されている。また、ストロボ光量制御回路１６の出力は
ストロボトリガ回路１５に接続され、このストロボトリ
ガ回路１５の出力はリング状ストロボ２に接続されてい
る。マイコンパス１８にはアナログ処理回路１９．ＣＰ
Ｕ２０、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２がそれぞれ接続されて
おり、アナログ処理回路１９には検出素子９の出力が接
続され、リング状蛍光管３には電源回路２３の出力が接
続されている。

そして、角膜形状観察及び角膜Ｅｃと装置との光軸調整
時には、電源回路２３により駆動されたリング状蛍光管
３から出射した光束は、リング状ストロボ２を透過しリ
ング状スリット４を照明するようになっている。このス
リット４は光軸を含む一断面で見たときにリングレンズ
ｌの焦点面上にあり、スリット４を光学的に無限遠点に
あるようにし、その無限遠点から投影された光が被検眼
Ｅの角膜Ｅｃを照明するようにされている。角膜Ｅｃは
その表面が凸面鏡のようになっているので、スリット４
によるリング状の角膜反射像Ｓａを形成することになる
。そして、この角膜反射像Ｓａは対物レンズ５を介して
グイクロイックミラー６により反射され、リレーレンズ
１０を介してＴＶ右カメラ１により撮像され、ＴＶモニ
タ１２上に映出されるようになっている。また、ＴＶ右
カメラ１で得られたビデオ信号はビデオ信号処理回路１
３に入力され、このビデオ信号処理回路１３において蛍
光管３によって照明されたスリット４の角膜反射像Ｓａ
の信号レベルが比較判断され、その結果はインタフェイ
ス１４に入力されるようになっている。

一方、角膜形状測定時にはリング状ストロボ２がストロ
ボトリガ回路１５により駆動され、このストロボ２から
発せられた可視光は、角膜形状観察時と同様にスリット
４を照明し、レンズｌにより平行光に変換され、被検眼
Ｅの角膜Ｈａに角膜反射像Ｓａを形成することになる。

この角膜反射像Ｓａは対物レンズ５を介して可視光透過
のグイクロイックミラー６を透過して多数穴絞り７を通
り、更にプリズム８によって偏向され、−次元位置検出
素子９上に再結像されるようになっている。

多数穴絞り７は第２図（ａ）に示すように１例えば５個
の開口部７ａ〜７ｅを有し、プリズム８も開口部７ａ〜
７ｅに対応して第２図（ａ）の点線で区分したような５
個のエレメント８ａ〜８ｅを有し、これらの各エレメン
ト８ａ〜８ｅは第２図（ｂ）に示すような断面形状とな
っている。１個のみ図示した検出素子９は、実際には多
数穴絞り７の開口部７ａ〜７ｅ、プリズムエレメント８
ａ〜８ｅに対応して測定光軸を中心に７２°おきに５個
配置されており、多数穴絞り７とプリズム８とによって
分離された５個の角膜反射像の５点の座標が、５個の検
出素子９によって検知されることになる。そして、各検
出素子９から出力されたアナログ信号はアナログ処理回
路１９でＡ／Ｄ変換され、マイコンパス１８を介してＲ
ＡＭ２２に転送される。

ＣＰＵ２０を中心としたシステム制御系には、ＲＯＭ２
１にはシステム制御のためのプログラムが書き込まれて
おり、ＲＡＭ２２はシステムのワークエリアとして使用
されるようになっている。そして、ＴＶ右カメラ１を介
しビデオ信号処理回路１３によって得られたデータによ
りストロボ光量制御回路１６が制御され、ストロボ光量
制御回路１６の出力によってストロボトリガ回路１５を
介して適当な光量でストロボ２が発光され、最適光量の
指標角膜反射像Ｓａが得られ、検出素子９を介して得ら
れたデータはシステム制御系により演算され、表示器１
７に表示されるようになっている。

第３図（ａ）はビデオ信号処理回路１３の作動のタイミ
ングチャート図、（ｂ）はビデオ信号処理回路１３の構
成図である。（ａ）において、信号ＡＯは第１図のＴＶ
モニタ１２に示した信号ＡＯと同一であり、ビデオ信号
のうち被検眼Ｅの外眼部のほぼ中心を通る１走査線を示
している。信号ＡＩは走査　−線信号ＡＯの水平同期信
号であり、信号Ａ２は被検眼Ｅの虹彩部の信号、信号Ａ
３は瞳孔部の信号を示している０通常では、瞳孔部信号
Ａ３、虹彩部信号Ａ２、虹彩部の外側の強膜部や皮膚部
の信号の順に信号レベルが大きくなっている。

リング状蛍光管３による角膜反射像Ｓａは、虹彩部の信
号Ａ２上に形成されるようになっており、基準レベルＢ
、Ｃが設けられ、角膜反射像Ｓａの走査線信号ＡＯ上の
ピークがこれらの基準レベルＢ、　Ｃと比較できるよう
になっている。その際に、虹彩部よりも外側の影響を取
り除くためにゲート信号ｐが設けられ、比較する範囲が
制限されるようになっている。この実施例では角膜反射
像Ｓａの信号は基準レベルＢよりは低く、基準レベルＣ
よりは高いので、基準レベルＣとの比較では、角膜反射
像Ｓａのピーク信号と基準レベルＣとの差である２本の
ピークから成る比較信号を有する信号Ｃａが出力される
が、基準レベルＢとの比較では比較信号を有さない信号
Ｂａが出力されることになる。そして、信号Ｃａはフリ
ップフロップ回路において一時的に保持された後に、ス
テップ状の比較信号を有する信号ｃｂとして出力される
。

これらの信号を出力するビデオ信号処理回路１３の構成
は第２図（ｂ）に示すように、ＴＶカメラ１１からのビ
デオ信号が入力されるバッファ増幅器３０が設けられ、
バッファ増幅器３０の出力は直流再生回路３１に接続さ
れ、この直流再生回路３１の出力はアナログスイッチ３
２と同期分離回路３３に接続されている。同期分離回路
３３からは水平周期信号Ｓ１と垂直同期信号Ｓ２が出力
され、水平同期信号Ｓｌはカウンタ３４に入力され、垂
直同期信号Ｓ２はカウンタ３４、ワンショットマルチ回
路３５．インタフェイス１４に入力されるようになって
いる。カウンタ３４からはゲート信号Ｓ３．　Ｓ４が出
力され、ゲート信号Ｓ３はアナログスイッチ３２に入力
され、ゲート信号Ｓ４はコンパレータ３６ａ、３６ｂに
入力される。また、アナログスイッチ３２の出力はコン
パレータ３６ａ、３６ｂのそれぞれ一入力端に接続され
、コンパレータ３６ａ、３６ｂの他入力端にはそれぞれ
基準レベルＢ、Ｃが入力されている。また、コンパレー
タ３６ａ、３６ｂの出力端にはそれぞれフリップフロッ
プ回路３７ａ、３７ｂが接続され、ワンショットマルチ
回路３５の出力もフリップフロップ回路３７ａ、３７ｂ
に接続され、フリップフロップ回路３７ａ、３７ｂの出
力はそれぞれインタフェイス１４に接続されている。

そして、ビデオ信号はバッファ増幅器３０で増幅され、
直流再生回路３１においてレベルを一定に保持された後
にアナログスイッチ３２と同期分離回路３３に入力され
、水平同期信号Ｓ１はカウンタ３４により計数され、画
面はぼ中央となった時点で、カウンタ３４からゲート信
号Ｓ３がアナログスイッチ３２に出力され、アナログス
イッチ３２を切換えるようになっている。同時に、カウ
ンタ３４からは第３図（ａ）にＤで示したゲート信号Ｓ
４がコンパレータ３６ａ、３６ｂに出力される。なお、
このカウンタ３４は垂直同期信号Ｓ２を入力することに
より、フレーム毎にリセットされるようになっている。

また、アナログスイッチ３２に入力されたビデオ信号は
、アナログスイッチ３２の作動によりコンパレータ３６
ａ、３６ｂに入力され、ここで基準レベルＢ、Ｃと比較
され、その結果はフリップフロップ回路３７ａ、３７ｂ
に記憶されるようになっている。そして、ワンショット
マルチ回路３５を介して入力される垂直同期信号Ｓ２の
立下がりのパルス出力Ｓ５により、インタフェイス１４
を介してＣＰＵ２０に割り込みが入り、フリップフロッ
プ回路３７ａ、３７ｂに記憶された内容が読み込まれる
ようになっている。その後に、垂直同期信号Ｓ２の立上
りにおけるワンショットマルチ回路３５のパルス出力Ｓ
５により、フリップフロップ回路３７ａ、３７ｂはリセ
ットされ。

一連の動作が完了することになる。

このようにして、ＣＰＵ２０はフレーム毎に角膜反射像
Ｓａのビデオ信号レベルを取り込み、それに応じたスト
ロボ２の発光光量をインタフェイス１４を介してストロ
ボ光量制御回路１６に対して設定し、ストロボトリガ回
路１５を介して最適な光量でストロボ２を発光させるこ
とにより、検出−素子９上に角膜反射像Ｓａの５点の座
標が明確に検知されることになる。

そして、この５点の座標を二次曲線の一般式、 ＡＸ２　＋ＢＸＹ＋ＣＹ２＋ＤＸ＋ＥＹ＋Ｆｎ　Ｏに代
入して、連立方程式を解く、ことにより係数Ａ〜Ｅを求
め、楕円の一般式、 （ｘ−ｘｏ　）　２／ａ’　＋　（ｙ−ｙｏ　）　２／
ｂ２＝ま ただし、ｘｘＸｃｏｓθ−Ｙ　ｓｉｎθ’！−Ｘｓｉｎ
θ＋Ｙ　Ｃｏ！θ に変形し、これによって楕円の長径ａ、短径す。

回転角θを求め、これに演算を施して、角膜Ｅｃの両生
径線の曲率半径、屈折力、乱視度、乱視軸を算出するこ
とができ、これを表示器１７に表示する。

なお、上述の実施例では、ＴＶカメラ１１で撮像したビ
デオ信号をビデオ信号処理回路１３に入力することによ
り、角膜反射像Ｓａの信号レベルを判断するようにした
が、ビデオ信号処理回路１３を取り除き、図示しない受
光センサを多数穴絞り７の中心の被検眼Ｅに向けて配置
し、この受光センサにより得られる信号をストロボトリ
ガ回路１５に入力し、インタフェイス１４を介してスト
ロボ光量制御回路１６に入力し、ストロボ光量制御回路
１６内に設ける積分器で受光センサからの信号を積分し
、コンパレータによって設定値と比較することにより、
ストロボ２の発光光量を制御し、検出素子９に入力する
角膜反射像Ｓａの入力光レベルが適正になるようにして
測定を行うことができる。また、ストロボ光量制御回路
１６内に積分器及びコンパレータを設けずに、ストロボ
トリガ回路１５内に積分器及びコンパレータを設け。

ストロボ光量制御回路１６を省略することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る角膜形状測定装置は、
被検眼角膜の形状の観察及び被検眼角膜と装置との光軸
調整を行うために角膜に投影している指標の角膜反射像
を、被検眼の前眼部を観察するための撮像素子で把え、
角膜反射率の差による指標反射像の輝度レベルの差を設
定値と比較することにより、角膜反射率の差を判断し、
不必要に発光光量を大きくすることがなく、個々の被検
眼角膜に適した安全な範囲内でストロボフラッシュの発
光光量を制御することによって、検出素子において適正
レベルの入力光信号を得ることを可能とし、被検眼の個
体差の影響を受けずに適正なＳ／Ｎ比を維持しながら、
高精度でしかも安全に角膜形状を測定することを可能と
している。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る角膜形状測定装置の実施例を示すも
のであり、第１図は構成図、第２図（ａ）は多数穴絞り
の正面図、（ｂ）はプリズムの断面図、第３図（ａ）は
ビデオ信号処理回路のタイミング図、（ｂ）はビデオ信
号処理回路の構成図である。 符号ｌはリングレンズ、２はリングストロボ、３はリン
グ状蛍光管、４はリング状スリット、５は対物レンズ、
６はグイクロイックミラー、７は多数穴絞り、８はプリ
ズム、９は一次元位置検出素子、１１はＴＶカメラ、１
２はＴＶモニタ、１３はビデオ信号処理回路、１４はイ
ンタフェイス、１５はストロボトリガ回路、１６はスト
ロボ光量制御回路、１７は表示器、１９はアナログ処理
回路、２０はＣＰＵ、２１はＲＯＭ、２２はＲＡＭ、２
３は電源回路、３２はアナログスイッチ、３３は同期分
離回路、３４はカウンタ、３５はワンショットマルチ回
路、３６はコンパレータ、３７はフリップフロップ回路
である。 特許出願人　　キャノン株式会社 第１図 第３図 （Ｇ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検眼の角膜に指標を投影し該指標の第１の反射像
   を結像する第１の照明光源を含む第１の投影結像手段と
   、前記指標の第１の角膜反射像を検知し角膜形状に関す
   る情報を得る光検出手段と、被検眼の角膜に指標を投影
   し該指標の第２の角膜反射像を結像する第２の照明光源
   を含む第２の投影結像手段と、前記第２の角膜反射像を
   受光する受光手段と、該受光手段により得られる出力信
   号を所定の値と比較する比較手段と、前記第１の照明光
   源の発光光量を前記比較手段の出力結果によって制御す
   る発光光量制御手段とを備えたことを特徴とする角膜形
   状測定装置。 ２、前記受光手段は角膜形状の観察及び角膜と前記第１
   の投影結像手段との光軸調整を行うための撮像素子とし
   た特許請求の範囲第１項に記載の角膜形状測定装置。 ３、前記受光手段は測定光軸上に設けられ前記第２の角
   膜反射像を直接受光する受光センサとした特許請求の範
   囲第１項に記載の角膜形状測定装置。