(57)【要約】【課題】  光学特性を精密に測定するための光学系に粗測定用の光学系を専用に追加する構造を採用することなく、広範囲の眼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】  本発明に係わる光学特性測定装置は、被測定眼１に所定パターンの光束を照射する光源部２６を含む照射光学系と、被測定眼１からの反射光を合焦するために光束状態を調節する合焦光学部材２９と、合焦光学部材２９からの光束を複数の光束に分割する分割光学素子３０を介して受光する受光部３１を含む受光光学系３と、受光部３１からの測定データを示す受光信号の受光位置の周波数成分に基づき被測定眼の屈折力を求める粗測定モードと各受光位置の間隔から波面収差を求める精密測定モードとを有して被測定眼１の光学特性を演算する演算部３２と、粗測定モードで求めた屈折力に基づき合焦光学部材２９を調節制御する制御部と、制御部により制御された後に演算部で３２なされる精密測定モードで得られたデータに基づき眼の光学特性を求める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定眼に所定パターンの光束を照射する光源部を含む照射光学系と、前記被測定眼からの反射光を合焦するために光束状態を調節する合焦光学部材と、該合焦光学部材からの光束を複数の光束に分割する分割光学素子を介して受光する受光部を含む受光光学系と、前記受光部からの測定データを示す受光信号の受光位置の周波数成分に基づき被測定眼の屈折力を求める粗測定モードと各受光位置の間隔から波面収差を求める精密測定モードとを有して前記被測定眼の光学特性を演算する演算部と、前記粗測定モードで求めた屈折力に基づき前記合焦光学部材を調節制御する制御部と、該制御部により制御された後に前記演算部でなされる精密測定モードで得られたデータに基づき眼の光学特性を求めることを特徴とする光学特性測定装置。
【請求項２】
前記照射光学系は、前記被測定眼の眼底に所定パターンとしての略点光源を形成し、前記受光光学系の分割光学部材は、被測定眼からの反射光を複数の光束に分割するハルトマンプレートで構成され、前記受光部からの受光信号はハルトマン像に対応し、前記表示部は前記被測定眼の眼球の屈折力分布又はパワーマップをグラフィック表示するようにした請求項１に記載の光学特性測定装置。
【請求項３】
分割光学部材を有する光学特性測定装置において、被測定眼に所定パターンの光束を照射する光源部を含む照射光学系と、前記被測定眼からの反射光を複数の光束に分割する分割光学素子を介して受光する受光部を含む受光光学系と、前記受光部からの測定データを示す受光信号に基づきその受光位置の周波数成分に基づき被測定眼の屈折力を求める粗測定モードを有して被測定眼の光学特性を演算する演算部と、前記粗測定モードで求めた屈折力に基づき眼の光学特性を求めることを特徴とする光学特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼の光学特性を測定する光学特性測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、眼の光学特性を測定する光学特性測定装置として、ハルトマンプレート等の分割光学部材を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】ＷＯ２００３／０２２１３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この従来の光学特性測定装置では、測定範囲が狭いという問題点があり、従来、粗測定用の光学系を別途設ける等により、測定範囲の拡大を図っていた。
【０００４】
しかし、粗測定用の光学系を別途設けることにすると、それだけ、装置全体の構造が複雑化し、コストアップの要因ともなる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、光学特性を精密に測定するための光学系に粗測定用の光学系を専用に追加する構造を採用することなく、広範囲の眼の光学特性を測定できる光学特性測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の光学特性測定装置は、被測定眼に所定パターンの光束を照射する光源部を含む照射光学系と、前記被測定眼からの反射光を合焦するために光束状態を調節する合焦光学部材と、該合焦光学部材からの光束を複数の光束に分割する分割光学素子を介して受光する受光部を含む受光光学系と、前記受光部からの測定データを示す受光信号の受光位置の周波数成分に基づき被測定眼の屈折力を求める粗測定モードと各受光位置の間隔から波面収差を求める精密測定モードとを有して前記被測定眼の光学特性を演算する演算部と、前記粗測定モードで求めた屈折力に基づき前記合焦光学部材を調節制御する制御部と、該制御部により制御された後に前記演算部でなされる精密測定モードで得られたデータに基づき眼の光学特性を求めることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の光学特性測定装置は、前記照射光学系は、前記被測定眼の眼底に所定パターンとしての略点光源を形成し、前記受光光学系の分割光学部材は、被測定眼からの反射光を複数の光束に分割するハルトマンプレートで構成され、前記受光部からの受光信号はハルトマン像に対応し、前記表示部は前記被測定眼の眼球の屈折力分布又はパワーマップをグラフィック表示するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の光学特性測定装置は、分割光学部材を有する光学特性測定装置において、被測定眼に所定パターンの光束を照射する光源部を含む照射光学系と、前記被測定眼からの反射光を複数の光束に分割する分割光学素子を介して受光する受光部を含む受光光学系と、前記受光部からの測定データを示す受光信号に基づきその受光位置の周波数成分に基づき被測定眼の屈折力を求める粗測定モードを有して被測定眼の光学特性を演算する演算部と、前記粗測定モードで求めた屈折力に基づき眼の光学特性を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光学特性を精密に測定するための光学系に粗測定用の光学系を専用に追加する構造を採用することなく、広範囲の眼の光学特性を測定でき、装置全体の構造の簡単化、コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明に係わる光学特性測定装置の発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明に係わる光学特性測定装置の光学系を示し、この図１において、１は被測定眼、２は前眼部像観察光学系、３は測定光学系である。
【００１２】
前眼部像観察光学系２は、前眼部照明用のリング状照明光源部４、プラチドリング４’、対物レンズ５、作動距離調整用の照明光学系６、作動距離調整用の受光光学系７、ハーフミラー８、ハーフミラー９ｄ、固視標投影光学系９、虹彩絞り１０、リレーレンズ１１、ハーフミラー１４ｃ、リレーレンズ１３、アライメント光学系１４、結像レンズ１５、ＣＣＤ撮像素子１６から大略構成されている。
【００１３】
リング状照明光源部４は被測定眼１の前眼部を照明する。照明光学系６は照明用ＬＥＤ６ａとコリメートレンズ６ｂとから大略構成されている。受光光学系７は集光レンズ７ａと受光素子７ｂとから大略構成されている。照明光学系６は被測定眼１の角膜Ｃを照明し、その角膜Ｃからの反射光は受光光学系７により受光され、これにより角膜Ｃの頂点Ｐ’から対物レンズ５の前面までの光軸方向の作動距離が調整される。
【００１４】
固視標投影光学系９は、固視標光源９ａと固視標パターン９ｂと投影レンズ９ｃとハーフミラー９ｄとから大略構成されている。固視標パターン９ｂは被測定眼１の眼底Ｆと共役であり、固視標パターン９ｂの像がハーフミラー９ｄ、ハーフミラー８、対物レンズ５を通じて被測定眼１の眼底Ｆに投影され、被験者はその固視標を固視しつつ眼の光学特性の測定を受けるものである。
【００１５】
アライメント光学系１４は、照明光源１４ａと集光レンズ１４ｂとハーフミラー１２とから大略構成されている。その照明光源１４ａからの照明光は集光レンズ１４ｂにより集光され、ハーフミラ１４ｃにより反射され、リレーレンズ１１、虹彩絞り１０、ハーフミラー９ｄ、ハーフミラー８、対物レンズ５を通じて被測定眼１の角膜Ｃに投影される。
【００１６】
被測定眼１の前眼部像は、対物レンズ５、ハーフミラー８、ハーフミラー９ｄ、虹彩絞り１０、リレーレンズ１１、ハーフミラー１４ｃ、リレーレンズ１３、結像レンズ１５を介してＣＣＤ撮像素子１６に結像される。ＣＣＤ撮像素子１６からの映像信号は後述する演算部に入力されて適宜画像処理されて、後述する表示部３４の画面Ｇ（図２参照）に前眼部像ＦＡが表示され、検者はこの前眼部像ＦＡを肉眼により観察しながら、被測定眼１に対する装置本体の上下左右方向のアライメント調整、作動距離調整を行う。
【００１７】
測定光学系３は、回転プリズム１７と、ハーフミラー１８と、リレーレンズ１９、虹彩絞り２０、リレーレンズ２１、リレーレンズ２２、反射ミラー２３、リレーレンズ２４、測定ユニット２５とから大略構成されている。
【００１８】
測定ユニット２５は、測定光投影光源２６と測定光受光光学系２７とから大略構成されている。測定光投影光源２６は、リレーレンズ２１、虹彩絞り２０、リレーレンズ１９、ハーフミラー１８、回転プリズム１７、ハーフミラー８と共に、被測定眼１に所定パターンの光束を照射する照射光学系を構成している。その虹彩絞り２０は被測定眼１の瞳と共役とされ、測定光投影光源２６は被測定眼１の眼底Ｆと共役とされている。回転プリズム１７は測定中常時回転される。
【００１９】
測定光投影光源２６からの測定光は、リレーレンズ２１、虹彩絞り２０、リレーレンズ１９、ハーフミラー１８、回転プリズム１７、ハーフミラー８、対物レンズ５を介して被測定眼１の眼底Ｆに投影される。
【００２０】
測定ユニット２５は、バリアブルクロスシリンダ２８、結像レンズ２９、ハルトマンプレート３０、受光部としての受光素子３１を有する。結像レンズ３０は被測定眼１からの反射光を合焦するために光束状態を調節する合焦光学部材として機能する。
【００２１】
ハルトマンプレート３０は結像レンズ２９からの測定光束を複数の光束に分割する分割光学素子として機能する。そのバリアブルクロスシリンダ２８、結像レンズ２９、ハルトマンプレート３０、受光素子３１は、ハーフミラー８、回転プリズム１７、ハーフミラー１８、リレーレンズ２２、反射ミラー２３、リレーレンズ２４と共に測定光受光光学系を構成している。
【００２２】
そのハルトマンプレート３０は、例えば等間隔の微小レンズプレートから構成され、ハルトマンプレート３０に平行光束が入射しているとすると、受光素子３１には図３に示す等間隔のレンズアレイ像３２’が形成される。このレンズアレイ像３２’の間隔は微小レンズプレートの間隔に等しい。ここで、横軸Ｘは例えば被測定眼１の左右方向に対応し、縦軸Ｙは例えば被測定眼１の上下方向に対応し、Ｉ（ｘi、ｙi）は（ｘi、ｙi）点におけるレンズアレイ像３２’の光量強度である。
【００２３】
なお、ハルトマンプレート３０に被測定眼１からの測定光束が近視の関係で入射すると、レンズアレイ像３２’の像間隔は微小レンズプレートの格子間隔よりも狭まり、ハルトマンプレート３０に被測定眼１からの測定光束が遠視の関係で入射すると、レンズアレイ像３２’の像間隔は微小レンズプレートの格子間隔よりも広がる。
【００２４】
ＣＣＤ撮像素子１６の映像信号、受光素子７ｂの受光出力、受光素子３１の受光出力は、図４に示す演算部３２に入力される。演算部３２はメモリ部３３と表示部３４と制御部３５とに向けて信号を出力する。
【００２５】
制御部３５は、リング状照明光源部４、プラチドリング４’、照明用ＬＥＤ６ａ、固視標光源９ａ、照明光源１４ａ、測定光投影光源２６に向けて点灯駆動信号を出力し、これにより、リング状照明光源部４、プラチドリング４’、照明用ＬＥＤ６ａ、固視標光源９ａ、照明光源１４ａ、測定光投影光源２６が必要に応じて適宜点灯される。
【００２６】
また、制御部３５は、第１駆動部３６、第２駆動部３７、第３駆動部３８、第４駆動部３９に制御駆動信号を出力し、第１駆動部３６によりバリアブルシリンダ２８が回転駆動され、第２駆動部３７により測定ユニット２５がその光軸方向（Ｚ方向）に沿って前後駆動され、第３駆動部３８によって固視標投影光学系９がその光軸方向に沿って前後駆動され、第４駆動部３９によって回転プリズム１７が回転駆動される。
【００２７】
光学特性測定装置は、まず、図５に示すように、被測定眼１のアライメント調整を行う（Ｓ．２１）。ついで、演算部３２は、第２駆動部３７に基準位置となるように指令信号を出力し、これにより、被測定眼１に対して装置本体が基準位置にセットされる（Ｓ.２２）。ここで、基準位置とは、被測定眼１が正視眼であるときに精密に波面収差を測定できる位置である。
【００２８】
ついで、受光素子３１の映像信号が演算部３２に入力される。受光素子３１の素子の個数は、ここでは、横方向Ｎ個、縦方向Ｍ個である。その受光素子３１のピクセル（ｘi、ｙj）の輝度値Ｉ（ｘi、ｙj）がメモリ部３３に保存される（Ｓ.２３）。ここで、添え字iは１からＮまでの正の整数、添え字ｊは１からＭまでの正の整数である。
【００２９】
ついで、演算部３２は点像の位置検出が可能であるか否かを判定する点像の位置検出判定フローＳ０（図６参照）に移行する（Ｓ.２４）。
【００３０】
位置検出判定フローＳ０では、レンズアレイのｋ番目の微小レンズの理想点像位置を（Ｈxk、Ｈyk）とする（Ｓ.１）。ただし、ｋは１からＬまでの正の整数である。演算部３２は、検出点の閾値Ｈthを設定し、検出可能条件の設定個数ｇthを設定する（Ｓ.２）。ついで、ｋ＝１、ｇ＝０に設定する（Ｓ.３）。ついで、演算部３２は範囲内の輝度値ｃｄを下記数１式に従って演算する（Ｓ．４）。
【００３１】
【数１】
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ここで、Ｌはレンズアレイの微小レンズの個数、αは被測定眼１の瞳に対するレンズアレイの倍率、ｄｘ、ｄｙはそれぞれｘ方向、ｙ方向の微小レンズアレイのレンズ間距離、ｐはレンズアレイ像を取得したピクセルのサイズである。
【００３２】
演算部３２は、ついで、輝度値ｃｄが閾値Ｈthよりも大きいか否かを判断する（Ｓ.５）。輝度値ｃｄが閾値Ｈthよりも大きいときには、ｇ＝ｇ＋１の処理を行って（Ｓ．６）、ｋがＬよりも小さいか否かを判断する（Ｓ．７）。輝度値ｃｄが閾値Ｈthよりも等しいか小さいときには、Ｓ．７にそのまま移行する。ついで、ｋがＬよりも小さいときには、ｋ＝ｋ＋１の処理を行って（Ｓ．８）、Ｓ.４に戻って数１式の演算を行う。このＳ.４〜Ｓ．８までの一連の処理をｋがＬに等しくなるまで行って、ｋがＬに等しくなった時点で、Ｓ．９の処理に移行する。演算部３２は、Ｓ．９において、検出点の設定個数ｇが閾値ｇthを超えたか否かを判定し、検出点の設定個数ｇが閾値ｇth未満のときには点像検出不可能と判定し（Ｓ．１０）、検出点の設定個数ｇが閾値ｇth以上のときには点像検出可能と判定する（Ｓ．１１）。
【００３３】
演算部３２は、図５のＳ．２４において、点像の検出が不可能なときには、Ｓ.２５に移行する。演算部３２はＳ．２５においては、図７に示すフーリエ変換を利用した球面度数測定Ｓ３０を行う。演算部３２は、フーリエ変換利用の球面度数測定Ｓ３０においては、図３に示す瞳解析範囲ＰＥを設定する（Ｓ．３１）。他の範囲は全て「０」に設定する。すなわち、（ｘi,ｙj）が解析範囲ＰＥ以外であれば、Ｉ（ｘi,ｙj）＝０に設定する（Ｓ．３２）。
【００３４】
ここで、添え字iは１からＮまでの正の整数、添え字ｊは１からＭまでの正の整数である。なお、この瞳解析範囲ＰＥは、レンズアレイ像３２’の広がりから求めることができるが、明視で２ｍｍの直径、暗視で６ｍｍの直径に設定すれば、被検者の状況に適した値となる。
【００３５】
ついで、演算部３２は下記の数２式に基づいて、Ｉ（ｘi,ｙj）を離散フーリエ変換する。そして、空間周波数像Ｒ（ui、ｖj）を求める（Ｓ．３３）。
【００３６】
【数２】
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これにより、図８に示すように、フーリエ変換された空間周波数像３２”が得られる。
【００３７】
ついで、演算部３２は、Ｕ、Ｖ方向に存在する点像のうちそれぞれの最も近い重心点演算処理Ｓ４０を行う（Ｓ.３４）。
【００３８】
すなわち、演算部３２は、図９に示すように、Ｒ（ｕ,ｖ）の中心Ｏを（ｕ,ｖ）座標の原点とする（図１０のＳ.４１）。ついで、演算部３２は、ｕ方向の最大値の位置Ｍuを算出する（Ｓ.４２）。ついで、演算部３２は、Ｍu付近のピクセルから重心点Ｇuを算出する（Ｓ.４３）。ついで、演算部３２は、重心点Ｇuと中心との距離Δuを算出し（Ｓ.４４）、ｖ方向の最大値の位置Ｍｖを算出する（Ｓ．４５）。ついで、演算部３２は、Ｍv付近のピクセルから重心点Ｇvを算出し、Ｇvと中心点との距離Δｖを算出する（Ｓ．４６）。
【００３９】
ついで、演算部３２は、距離Δｖから推定される球面度数算出処理（Ｓ．５０）を実行する（Ｓ．３５）。
【００４０】
演算部３２は、図１１に示すように横方向の球面度数ＤＩＰＯxを下記の数３式に基づいて算出する（Ｓ．５１）。
【００４１】
【数３】
2006271778.tif 000005
ついで、演算部３２は、縦方向の球面度数ＤＩＰＯyを下記の数４式に基づいて算出する（Ｓ．５２）。
【００４２】
【数４】
2006271778.tif 000006
そして、演算部３２は、球面度数Ｓｆを下記数５式に基づき算出してメモリ部３３に保存する（Ｓ．５３）。
【００４３】
【数５】
2006271778.tif 000007
ついで、演算部３２は、バリアブルクロスシリンダ２８を適宜駆動して乱視度数Ｃを下記数６式に基づき算出してメモリ部３３に保存する（Ｓ．５４）。
【００４４】
【数６】
2006271778.tif 000008
更に、演算部３２は、乱視軸Ａを下記数７式に基づき算出してメモリ部３３に保存する（Ｓ．５５）。
【００４５】
【数７】
2006271778.tif 000009
そして、演算部３２は、球面度数Ｓｆ、乱視度数Ｃ、乱視軸Ａの測定結果を出力する（Ｓ．２６）。
【００４６】
図１２、図１３はこのようにして得られた球面度数Ｓｆ、乱視度数Ｃ、乱視軸Ａの測定結果とパワーマップとが表示部３４の画面Ｇに表示されている状態を示す図である。
【００４７】
そして、演算部３２は、制御部３５に測定ユニット２５により得られる球面度数Ｓｆが０になる位置となるように、測定ユニット２５を基準位置から光軸方向に移動させる（Ｓ.２７）。
【００４８】
そして、演算部３２は、Ｓ.２３〜Ｓ.２７の処理を繰り返す。演算部３２は、Ｓ.２４において、Ｓ.24において点像の位置検出が可能であるか否かを判定する。ここで、演算部３２は点像の位置検出が可能であると判定すると、眼球の波面収差測定処理に移行する（Ｓ．２８）。これにより、被測定眼の精密測定が実行され、精密測定の演算結果が出力され（Ｓ．２９）、測定が終了する。
【００４９】
このように、演算部３２は受光素子３１からの測定データを示す受光信号の受光位置の周波数成分に基づき被測定眼１の屈折力を求める粗測定モードと各受光位置の間隔から波面収差を求める精密測定モードとを有しており、これにより被測定眼１の光学特性が演算される。また、制御部３３は粗測定モードで求めた屈折力Ｓｆに基づき測定ユニット２５を光軸方向に可動させることにより合焦光学部材を調節制御する。
【００５０】
本発明に係わる実施の形態では、波面収差測定処理による精密測定ができないときには、ほぼ平行な光束がハルトマンプレート３０に入射するように測定ユニット２５を光軸方向に移動させる。そして、波面収差による精密測定を行うものであるから、光学特性を精密に測定するための光学系に粗測定用の光学系を専用に追加する構造を採用することなく、広範囲の眼の光学特性を測定でき、装置全体の構造の簡単化、コストの低減を図ることができる。
【００５１】
なお、波面収差測定処理による演算は公知であるので、これについてはその説明を割愛する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係わる光学特性測定装置の光学図である。
【図２】本発明に係わる表示部の画面に表示された前眼部像を示す図である。
【図３】本発明に係わる受光素子に得られたレンズアレイ像の一例を示す図である。
【図４】本発明に係わる光学特性測定装置のブロック回路図である。
【図５】本発明に係わる光学特性測定装置の測定フローチャートを示す図である。
【図６】点像の位置検出判定フローチャートを示す図である。
【図７】球面度数測定処理フローチャートである。
【図８】レンズアレイ像を空間周波数分布に変換して示す図である。
【図９】重心点算出処理の一例を示す説明図であって、図８に示すＵＶ空間の中心点近傍部分の拡大図である。
【図１０】重心点算出処理のフローチャートである。
【図１１】球面度数算出処理のフローチャートである。
【図１２】本発明に係わる粗測定モードで得られた眼屈折力値とそのパワーマップとの一例を画面に表示した図である。
【図１３】本発明に係わる粗測定モードで得られた眼屈折力値とそのパワーマップとの他例を画面に表示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…被測定眼
３…受光光学系
２６…光源部
２９…合焦光学部材
３０…分割光学素子
３１…受光部３１
３２…演算部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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