(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検眼角膜に測定指標を投影し、投影された測定指標像を撮像カメラで検出する測定光学系を備え、角膜形状を測定する角膜形状測定装置において、角膜形状を測定する第１測定モードと前記測定光学系を利用して屈折力矯正用レンズの凹面の形状を測定する第２測定モードとを切換えるモード設定手段と、該モード設定手段により第２測定モードが設定されたときは、第１測定モードのときに対して屈折力矯正用レンズの裏面反射の影響を抑制すベく、測定指標の光量を減少させ、又は前記撮像カメラの受光感度の調整若しくは得られた撮影画像の画像処理により測定指標像の検出感度を落とす測定又は処理条件設定手段と、を備えることを特徴とする角膜形状測定装置。
【請求項２】
請求項１の角膜形状測定装置は、さらに第１測定モードと第２測定モードとを判別するために、前記測定指標を含み、測定光軸を中心として非対称なパターンの指標を投影する非対称指標投影光学系と、前記撮像カメラにより検出された非対称指標投影光学系の指標像に基づいて被測定面の凹凸を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする角膜形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲面形状を有する被検物の形状を測定する形状測定装置に関し、殊に被検眼の角膜形状及びコンタクトレンズ等の形状測定に好適な形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
被検眼角膜の曲面形状（強主経線及び弱主経線の子午的曲率半径、強叉は弱主経線方向の軸角度）を測定する角膜形状測定装置は、角膜形状以外にコンタクトレンズのベースカーブ（凹面側の曲率半径）の測定に利用されている。この場合、角膜測定では測定面が凸面になるのに対して、コンタクトレンズのベースカーブ測定では測定面が凹面になる。その両者の測定に対応するために、通常、光軸に対して対称な測定指標（測定光軸中心の円環状叉は測定光軸に対して上下左右対称な４点の指標）が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、被検物の測定面が凸面か凹面かを区別することが行われていなかったので、検者が測定データの管理を行う必要があり、手間であった。例えば、凸面の角膜形状測定に対して、コンタクトレンズのベースカーブを測定した場合、プリントアウトしたデータにそのデータがコンタクトレンズ（凹面測定）である旨をメモしていた。また、被検者の角膜形状に合わせた乱視軸を持つコンタクトレンズのベースカーブを測定する場合は、その主経線方向（AXIS：軸角度）を左右反転させる必要があり、これは検者が手計算で行っていた。
また、コンタクトレンズ測定の場合は、角膜形状の測定時と違って、裏面反射（凹面測定では凸面側からの反射）があり、測定精度に影響を及ぼす問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、検者の手間を省くことが可能で、また、コンタクトレンズ等の矯正具の測定精度を向上させることができる形状測定装置を提供することを技術課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）  被検眼角膜に測定指標を投影し、投影された測定指標像を撮像カメラで検出する測定光学系を備え、角膜形状を測定する角膜形状測定装置において、角膜形状を測定する第１測定モードと前記測定光学系を利用して屈折力矯正用レンズの凹面の形状を測定する第２測定モードとを切換えるモード設定手段と、該モード設定手段により第２測定モードが設定されたときは、第１測定モードのときに対して屈折力矯正用レンズの裏面反射の影響を抑制すベく、測定指標の光量を減少させ、又は前記撮像カメラの受光感度の調整若しくは得られた撮影画像の画像処理により測定指標像の検出感度を落とす測定又は処理条件設定手段と、を備えることを特徴とする。
（２）  （１）の角膜形状測定装置は、さらに第１測定モードと第２測定モードとを判別するために、前記測定指標を含み、測定光軸を中心として非対称なパターンの指標を投影する非対称指標投影光学系と、前記撮像カメラにより検出された非対称指標投影光学系の指標像に基づいて被測定面の凹凸を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。眼屈折力および角膜曲率を測定する機能を備える手持ちタイプの眼科装置を例に挙げて説明する。図１は本実施の形態で使用する眼科装置の外観図であり、図２は装置内部に配置される光学系を示す図である。
【０００７】
装置１の被検者側（被検物側）には測定窓４があり、後述する眼屈折力測定光学系からの測定光束が測定窓４の中心を通る基準光軸Ｌ１に沿って被検眼に投光される。また、被検眼の前眼部像が測定窓４を介して撮像される。測定窓４の下方には２つの窓７ａ，７ｂが設けられており、後述する前眼部照明光源からの照明光束が各々窓７ａ，７ｂを通して被検眼を照明するようになっている。
また、測定窓４を中心として上下左右対称に４つの投光窓８ａ〜８ｄが設けられており、後述する指標投影光学系からの指標光束が各々の投光窓８ａ〜８ｄを通して被検眼に投光されるようになっている。投光窓８ａ，８ｂの直下には、Ｚ方向（作動距離方向）のアライメントを検出するために使用される指標光束を通すための投光窓９ａ，９ｂが設けられている。
装置１の検者側にはＬＣＤモニタ５、スイッチ部６が配置されている。モニタ５には被検眼の前眼部像やアライメント情報、測定情報が表示される。装置１の下方は術者の把持部２が設けられている。
【０００８】
図２において、被検眼に対向する装置の中心軸である測定光軸Ｌ１上にはハーフミラー１０が配置され、その後方には眼屈折力測定光学系２０が配置されている。ハーフミラー２１によって光軸Ｌ１と同軸にされる光軸Ｌ２側には、屈折力測定用及びアライメント用に共用される光源２２、スリット開口を持つ回転セクター２３、投影レンズ２５、制限絞り２６が配置されている。また、光軸Ｌ１のハーフミラー２１より後方側には、受光レンズ３１、絞り３２、３対の受光素子を持つ受光部３３が配置されている。眼屈折力は、受光部３３上の３対の受光素子により、スリット投影の走査方向と対応させてそれぞれ位相差信号を得ることにより測定される。眼屈折力測定は本発明と関連が薄いので詳細は略す（詳細はは、特開平１０−１０８８３６号公報を参照されたい）。
【０００９】
ハーフミラー１０によって光軸Ｌ１と同軸にされる光軸Ｌ３上には、固視標光学系を構成する可視の光源１１、固視標１２、レンズ１３，１４が配置され、光源１１及び固視標１２が一体的に光軸方向に移動することによって被検眼の雲霧を行う。また、レンズ１４とハーフミラー１０の間にはダイクロイックミラー１５が配置されており、その反射方向の光軸Ｌ４上には観察光学系を構成する結像レンズ１６、テレセントリック絞り１７、撮像素子を持つＣＣＤカメラ１８が配置されている。この観察光学系は被検眼に投光する指標を検出する指標検出光学系、角膜形状の測定光学系を兼ねる。
【００１０】
４０は指標投影光学系である。指標投影光学系は測定光軸Ｌ1 を中心として同一円周上に配置された４組の曲率測定用の第１指標投影光学系４０ａ〜４０ｄと、作動距離検出のためのアライメント指標を投影する第２指標投影光学系５０ａ，５０ｂからなる。
【００１１】
第１指標投影光学系４０ａ、４０ｂは装置の水平方向に、第１指標投影光学系４０ｃ、４０ｄ（図２では図示を略している）は装置の垂直方向に、それぞれの投影光軸が測定光軸Ｌ1 に対し所定の角度で交わるように配置されている。４１ａ〜４１ｄは赤外光の光を出射する点光源、４２ａ〜４２ｄはスポット絞り、４３ａ〜４３ｄはコリメーティングレンズであり、被検眼に無限遠の指標を投影する。
【００１２】
第２指標投影光学系５０ａ，５０ｂは、第１指標投影光学系４０ａ，４０ｂの下に配置され（図２では図示し易いように第１指標投影光学系４０ａ，４０ｂの下に配置されている第２指標投影光学系５０ａ，５０ｂを光軸Ｌ１側へ各々ずらして示している）、測定光軸Ｌ１を中心に左右対象に配置されている。第２指標投影光学系５０ａ，５０ｂは赤外光の光を出射する点光源５１ａ，５１ｂと、スポット絞り５２ａ，５２ｂとを持ち、被検眼Ｅに有限遠の指標を投影する。
【００１３】
図３は、第１指標投影光学系４０ａ〜４０ｄの光源４１ａ〜４１ｄと、第２指標投影光学系の光源５１ａ，５１ｂとを被検者側から見たときの配置を示した図であり、光源５１ａ，５１ｂは、光軸Ｌ１に対して点対称で無い配置（非対称パターン）となっている。この指標投影光学系４０で投光される光束によって、角膜中心外の角膜周辺に合計６つの指標像（輝点像）が形成されることとなる。
【００１４】
また、図２において、４５ａ，４５ｂは近赤外光を発する前眼部照明光源であり、光源４５ａ，４５ｂは被検眼を斜め下方から照明するように、光軸Ｌ１から同距離の高さに配置され、光軸Ｌ１と所定の位置関係で置かれている。この光源４５ａ，４５ｂは有限遠の光束であり、被検眼角膜に輝点像を形成する。この輝点像も光軸Ｌ１に対して非対称な指標像としてＣＣＤカメラ１８に検出される。
【００１５】
図４は装置の制御系ブロック図の要部を示す図である。ＣＣＤカメラ１８からの出力画像は、所定の処理が施されて画像メモリ６１に取り込まれる。また、ＣＣＤカメラ１８からの画像は画像合成部６２を介してモニタ５に映し出される。６３はモニタ５上に表示する各種のキャラクタや文字を生成するキャラクタ生成部であり、キャラクタ生成部６３の信号は画像合成部６２によりＣＣＤカメラ１８からの映像信号と電気的に合成されてモニタ５上に表示される。６５は画像メモリ６１に取り込まれた画像から信号検出を行う画像処理部であり、演算・制御部６０は画像処理部６５で検出された信号により指標像の位置を得て、角膜形状やコンタクトレンズ等の曲面形状の測定を行う。また、演算・制御部６０には光源２２、光源４１ａ〜４１ｄ、光源５１ａ，５１ｂ、眼屈折力測定の受光部３３、固視標移動部５７等が接続されており、眼屈折力測定の制御、及び屈折力の演算を行う。
【００１６】
また、６６はメモリ部であり、得られた角膜形状等の曲面形状データ（強弱主経線の曲率、軸角度）や屈折力データ等を記憶させておくことができる。メモリ部６６にて記憶された各種データは、外部出力部６７を経てプリンタ７０に送られ、測定データが印刷される。
【００１７】
以上のような構成において、その動作を図７のフローチャートに示し説明する。初めに被検眼の角膜形状を測定する場合について説明し、次にコンタクトレンズの凹面側の曲率形状を測定する場合について説明する。
【００１８】
＜被検眼測定＞
光源２２、前眼部照明光源４５ａ，４５ｂ、指標投影光学系４０の光源４１ａ〜４１ｄ、光源５１ａ，５１ｂを点灯し、測定窓４を被検眼に対向するように位置させると、これらの角膜反射輝点像及び前眼部像がＣＣＤカメラ１８に撮像されてモニタ５上に映し出される。図４に示すモニタ５上の画面において、２２′は光源２２の輝点像を示し、４１ａ´〜４１ｄ´は光源４０ａ〜４０ｄによる輝点像を示し、５１ａ´，５１ｂ´は光源５１ａ，５１ｂによる輝点像を示す。４５ａ´，４５ｂ´は前眼部照明光源４５ａ，４５ｂによる輝点像を示す。ここで光源２２からの光束は、光軸Ｌ１に沿って被検眼に投光され角膜頂点に輝点像２２′を形成するようになっている。
【００１９】
また、モニタ５上の所定位置には、キャラクタ生成部６３により生成される方形状の照準マーカ１０１が画像合成回路６２により電気的に合成されて表示される。この照準マーカ１０１の中心がＸＹ方向のアライメント中心とされ、検者は輝点像２２′が照準マーカ１０１の中心に位置するように、被検眼に対して装置１を移動することでＸＹ方向のアライメントを行う。また、Ｚ方向（作動距離方向）のアライメント状態の検出は、輝点像４１ａ´，４１ｂ´と、輝点像５１ａ´，５１ｂ´との間隔を比較することにより行う（このアライメント状態の判断は、特開平6-46999号を参照）。
【００２０】
画像処理部６５によって画像メモリ６１に取り込んだ前眼部画像から、各輝点像（指標像）の中心座標が検出される。制御部６０は検出された輝点像の位置関係（輝点像の並びの関係）から、測定対象がレンズの凸面側（角膜測定）なのか、凹面側（コンタクトレンズのベースカーブ測定）なのかを判断する。具体的には凸面測定時における各輝点像の配置パターンを基準パターンデータとして予め記憶させておき、画像処理部６５によって検出される各輝点像の位置関係を基準パターンデータと比較することによって凸面側の測定なのか凹面側の測定なのかを判断する。
【００２１】
図５（ａ）は凸面測定の際に検出される各輝点像の位置関係を示した模式図である。凸面測定では、アライメント完了時に中心基準の輝点像２２′と、曲率測定用の輝点像４１ａ′〜４１ｄ′と、作動距離検出用の輝点像５１ａ′，５１ｂ′と、前眼部照明光源の輝点像４５ａ′，４５ｂ′とが、図のような位置関係で検出される。すなわち、中心基準の輝点像２２′に対して輝点像５１ａ′，５１ｂ′，４５ａ′，４５ｂ′が下側に位置する。この並びパターンが凸面測定時のおける基準パターンデータとしてメモリに記憶されている。この並びパターンが検出されたときは、制御部６０は凸面の測定を行っているものとして判断し、凸面測定モード用の測定制御を行う。
【００２２】
制御部６０は、Ｚ方向（作動距離）およびＸＹ方向のアライメント状態の判定に基づき、所定のアライメント完了状態になると自動的にトリガ信号を発して測定を開始する。制御部６０は画像処理部６５によって検出された輝点像４１ａ′〜４１ｄ′の受光位置（検出位置）によって、被検眼の角膜曲率、軸角度等の角膜形状データを算出する。算出された角膜形状データは、メモリ部６６に記憶されると共に、キャラクタ生成部６３によってモニタ５に表示される。角膜形状の測定は、本願出願人による特公平１−１９８９６号に記載されるように３点の指標像が検出されれば、角膜曲率、軸角度を算出できる。
【００２３】
角膜形状データはスイッチ部６に設けられたプリントスイッチを使用することにより、外部出力部６７を経てプリンタ７０に送られ、角膜形状データが印刷される。このとき、凸面測定又は角膜測定である旨を表示すると分かり易い。
【００２４】
＜コンタクトレンズ測定＞
次にコンタクトレンズのベースカーブを測定する場合について説明する。図８に示す固定治具１００が持つホルダ１０１に形成されている凹部に水を入れた後、コンタクトレンズの凸面側をホルダ１０１に取り付ける。その後、コンタクトレンズの凹面側に対して被検眼測定のときと同様のアライメントを行い、自動測定を行う。このとき制御部６０は前述同様に、ＣＣＤカメラ１８にて画像メモリ６１に取り込んだ前眼部像から、画像処理部６５によって受光される各輝点像（指標像）の位置関係を検出し、被検物はレンズの凸面側（被検眼測定）か凹面側（コンタクトレンズ測定）なのかを判断する。
【００２５】
図５（ｂ）は凹面測定の際に検出される各輝点像の位置関係を示した模式図である。レンズの凹面側を測定する場合、各輝点像の並びパターンは、図５（ａ）に示した凸面測定時対し、輝点像２２′を基準に上下左右反転したものとなる。すなわち、輝点像５１ａ′，５１ｂ′，４５ａ′，４５ｂ′が輝点像２２′よりも上側に位置している。このような並びパターンで輝点像が検出されたときは、基準パターンデータと一致しないため、まず、検出された全輝点座標を上下左右反転する（画像上の測定光軸を中心に１８０°回転する）。これにより基準パターンデータの条件にあてはまることになる。制御部６０はこの演算処理を行った後、基準パターンデータの条件に一致していれば、凸面測定と共通の解析処理ができることを確認し、凹面測定モードにする。
【００２６】
また、制御部６０は、レンズ凹面側の測定を行っていると判断すると、キャラクタ生成部６３を使用してモニタ５上に「ＣＬ」の文字を表示させ、コンタクトレンズ測定である旨を検者に報知する。
【００２７】
また、制御部６０はコンタクトレンズの凸面からの反射光（裏面反射）を抑制するために、裏面反射を抑制しつつ曲率が算出できる程度の範囲で各光源による指標投影光量を減光するように調整する（光量の減光は、少なくとも曲率測定に使用するための光源であればよい）。あるいは、輝点像の検出感度を落としても良い。これは、ＣＣＤカメラ１８の受光感度調整や画像処理部６５の回路叉はその処理ソフト等で行うことができる。
【００２８】
被検眼測定のときと同様に所定のアライメント完了状態になると、制御部６０は自動的にトリガ信号を発して測定を開始し、コンタクトレンズ凹面側の曲率及び軸角度を算出し、モニタ５に算出結果を表示させる。ここで、測定対象のコンタクトレンズが乱視矯正である場合には軸角度の算出が必要である。この際、制御部６０は測定用の４つの輝点像から求められる主経線軸角度（AXIS）を左右反転させる演算を行い（例えば軸角度４５°→軸角度１３５°に変換させる）、実際にコンタクトレンズを装着した場合の軸角度と合わせた値（凸面側から見た場合の軸角度）を、測定結果としてモニタ５に表示する。また、同時に制御部６０は、得られた形状データ（凹面側の曲率、軸角度）をコンタクトレンズ測定のデータであるとしてメモリ部６６に記憶させる。メモリ部６６に記憶された形状データはスイッチ部６に設けられたプリントスイッチを使用することにより、外部出力部６７を経てプリンタ７０に送られ、形状データがコンタクトレンズ測定である旨を示す「ＣＬ」文字と共に印刷される。
【００２９】
なお、装置の初期状態では角膜形状測定の凸面測定モードに設定されている。凹面測定モードに設定された後は、凸面測定モードに変更されるまで、そのまま凹面測定モードとされる。一旦、凹面測定モードとされたら、その後は全輝点像の座標を上下左右反転処理してから基準パターンとの合致条件を判定すれば、効率良く処理できる。そして、再び凸面が測定された場合は、基準パターン条件に合致しなくなるので、再度上下左右反転し、基準パターン条件に合致すれば凸面測定であると判定できる。その後は、上下左右反転の処理を止めれば良い。
【００３０】
輝点像の上下左右反転処理は簡単な演算で処理時間も短いため、基準パターン条件判定で合致しなければ、上下左右反転処理して再度基準パターン条件を判定する処理を常に行うようにしても良い。また、本実施の形態では凹面測定の場合輝点像を上下左右反転処理を行った後、凸面測定と同じ測定データ算出を行うものとしているがこれに限るものではない。目的の輝点像の並びでなかった場合には凹面測定として凸面測定用のプログラムと別のプログラムを使用して測定データの算出を行うこともできる。
【００３１】
また、凸面測定モードと凹面測定モードの設定は、装置が自動的に設定するのではなく、スイッチ部６に配置されたモード切換えスイッチ６ａによって、検者がマニュアル的に設定可能である。
【００３２】
また、凹面測定モードは、コンタクトレンズ測定モードとしても良い。通常、この主の眼科装置でコンタクトレンズの測定を行うときは、ベースカーブのデータを得るために、凹面側の測定となるためである。コンタクトレンズ測定モードが設定されたときには、制御部６０は「ＣＬ」文字をモニタ５やプリントアウトデータに表示したり、測定光束の光量を減光する等の測定条件の設定を行うようにする。
【００３３】
以上説明した本実施の形態では、被検眼上に照明光束を含め合計９個の輝点を設けているが、これに限るものではない。例えば、角膜形状等の曲率測定を行うことができる数の輝点像を被検物に形成させることができるとともに、被検物に投影される指標が測定光軸に対して非対称パターンに配置されていればよい。角膜の曲率測定では、点対称位置の２点及びこれと同一円周上にある１点の指標を投影することで測定可能であるので、凸面か凹面かを判定する指標を測定用指標と兼用することも可能である。また、凸面か凹面かを判定するための指標は非対称パターンであれば良い。例えば、図６のような三角形状パターンとしても良い。
【００３４】
さらに、本実施の形態では予め記憶されたパターンデータと実際の各輝点像との整合性を取るものとしているが、これに限るものではない。例えば、ＣＣＤカメラ１８に受光される複数の輝点像のうち、一部の輝点像の検出状態を取り出して、レンズの凸面側の測定を行っているか、凹面側の測定を行っているかを検出することもできる。本実施例で示す非対称な９個の輝点像を使用する場合、図５（ａ）に示すように、前眼部画像の上端に１個の輝点像を、下端に２個の輝点像を検出した場合には、凸面側の測定を行っていることが判断できる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では角膜形状測定と眼屈折力測定機能を備える手持ち式の眼科装置にて説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば据置きタイプの眼科装置や角膜形状測定機能のみ有した装置にも適用することができる。また、単に、コンタクトレンズや眼鏡レンズ等の矯正用レンズの凸面側と凹面側の曲面形状を測定するための装置としても利用できる。この場合、凸面側の測定か凹面側の測定かが判定されるので、測定データにその判定結果を付加して表示や出力することにより、検者の管理の手間が省ける。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明よれば、検者の手間を省くことが可能で、使い勝手の良い装置を提供でる。また、コンタクトレンズ等の矯正具の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態で使用する眼科装置の外観図である。
【図２】光学系を示した図である。
【図３】被検者側から見たときの各光源の配置を示した図である。
【図４】制御系を示したブロック図である。
【図５】検出される各輝点像の位置関係を示した図である。
【図６】指標のパターンの変容を示した図である。
【図７】凸面測定と凹面測定での測定動作の流れを示したフローチャートである。
【図８】コンタクトレンズを保持した固定治具を示した図である。
【符号の説明】
１  装置本体
５  モニタ
１１  光源
１８  ＣＣＤカメラ
４０  指標投影光学系
６０  演算制御部
６１  画像メモリ
６２  画像合成部
６５  画像処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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