(57)【要約】【課題】光学系を移動させなくても測定可能な範囲を得ることができる眼科測定装置を提供する。【解決手段】レフ値が０Ｄの場合に眼底への集光が得られる照明光学系２００の光路長を基準として、光路長がやや短くなる設定となるように光源２０１および２０２の位置を決める。これにより、照明光学系２００のレンズ系や光源を可動させる構造としなくても広い範囲の屈折特性の測定に対応できる。また、より鮮明なハルトマン像が得られるように光源２０１および２０２をいずれかを選択することで、計測される屈折特性の精度を更に高くできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検眼の眼底を照明する照明光源を有する照明光学系と、
前記被検眼の眼底から反射された反射光束を複数の光束に分割するハルトマン板および前記ハルトマン板で分割された分割光束を受光する受光部を有する受光光学系と、
前記受光光学系で得られた光束の傾き角データより、前記被検眼の光学特性を演算する演算部と
を有し、
前記照明光源は所定の位置に配置され、
前記照明光学系と前記受光光学系の集光位置を移動させる移動手段を持たない眼科測定装置。
【請求項２】
被検眼の眼底を照明する照明光源を有する照明光学系と、
前記被検眼の眼底から反射された反射光束を複数の光束に分割するハルトマン板および前記ハルトマン板で分割された分割光束を受光する受光部を有する受光光学系と、
前記受光光学系で得られた光束の傾き角データより、前記被検眼の光学特性を演算する演算部と
を有し、
前記照明光源を所定の位置に配置することによって前記照明光学系と前記受光光学系の集光位置を移動させなくても測定可能屈折値が所定範囲確保される眼科測定装置。
【請求項３】
前記照明光学系の光路長は固定されており、
前記照明光源の所定の位置は、０Ｄの被検眼測定時に眼底に集光する位置より光路長が短くなる位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の眼科測定装置。
【請求項４】
前記光路長が０Ｄの被検眼測定時よりも２．５mm〜３mm短い範囲に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の眼科測定装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記受光光学系で得られた像に画像処理を施し、該画像処理を施された像より前記傾き角データを得ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の眼科測定装置。
【請求項６】
前記照明光学系は、集光位置を異ならせるように配置された複数の照明光源を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の眼科測定装置。
【請求項７】
前記照明光学系は、異なる長さの光路を複数有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の眼科測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に特徴のある眼科測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検眼から反射された反射光の屈折波面を計測することで、被検眼の屈折特性に係る情報を測定する眼科測定装置が知られている、またこの眼科測定装置において、照明光学系と受光光学系とを独立して調整することが可能な構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３９２００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学系を調整する機構は、レンズ等の光学系を移動させる仕組みが必要とされる。光学系を移動させるためには、その移動範囲を確保するための寸法、移動を行うための駆動機構が必要となる。これは、装置の小型化、軽量化、構造の簡素化、低コスト化、高信頼性の確保、低消費電力化といった点で不利となる。このような背景において、本発明は、光学系を移動させなくても測定可能な範囲を確保することができる眼科測定装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、被検眼の眼底を照明する照明光源を有する照明光学系と、前記被検眼の眼底から反射された反射光束を複数の光束に分割するハルトマン板および前記ハルトマン板で分割された分割光束を受光する受光部を有する受光光学系と、前記受光光学系で得られた光束の傾き角データより、前記被検眼の光学特性を演算する演算部とを有し、前記照明光源は所定の位置に配置され、前記照明光学系と前記受光光学系の集光位置を移動させる移動手段を持たない眼科測定装置である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、被検眼の眼底を照明する照明光源を有する照明光学系と、前記被検眼の眼底から反射された反射光束を複数の光束に分割するハルトマン板および前記ハルトマン板で分割された分割光束を受光する受光部を有する受光光学系と、前記受光光学系で得られた光束の傾き角データより、前記被検眼の光学特性を演算する演算部とを有し、前記照明光源を所定の位置に配置することによって前記照明光学系と前記受光光学系の集光位置を移動させなくても測定可能屈折値が所定範囲確保される眼科測定装置である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記照明光学系の光路長は固定されており、前記照明光源の所定の位置は、０Ｄの被検眼測定時に眼底に集光する位置より光路長が短くなる位置であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記光路長が０Ｄの被検眼測定時よりも２．５mm〜３mm短い範囲に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記演算部は、前記受光光学系で得られた像に画像処理を施し、該画像処理を施された像より前記傾き角データを得ることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発明において、前記照明光学系は、集光位置を異ならせるように配置された複数の照明光源を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発明において、前記照明光学系は、異なる長さの光路を複数有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学系を移動させなくても測定可能な範囲を確保することができる眼科測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の眼科測定装置の概念図である。
【図２】照明光学系の例を示す概念図である。
【図３】レフ値（横軸）と、眼底網膜上で集光する条件における照明系の光源の位置（縦軸）との関係を示すグラフである。
【図４】得られたハルトマン像に基づくレフ値の算出値（横軸）と、レフ値で示した模型眼の番地（縦軸）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
１．第１の実施形態
図１には、発明を利用した実施形態の概念図が示されている。図１には、実施形態の眼科測定装置１００が示されている。眼科測定装置１００は、眼球からの反射光に含まれる屈折波面収差の情報を取得する機能を有している。
【００１５】
(照明光学系)
眼科測定装置１００は、被検眼１５０の眼底１５１に照明光を照射する照明光学系２００を備えている。照明光学系２００は、光源２０１，２０２、ハーフミラー２０３、レンズ系１０２、偏光ビームスプリッタ１０４、光学絞り１０５、ダイクロイックミラー１０７、対物レンズ１０８、ダイクロイックミラー１０９を備えている。
【００１６】
光源２０１，２０２は、眼底１５１に照射する照明光を出力する。光源２０１，２０２は、波長８３０ｎｍの赤外光を発光するレーザーダイオードである。ハーフミラー２０３は、光源２０１からの光を対物レンズ１０２の方向に透過し、また光源２０２からの光をレンズ系１０２の方向に反射する。ここで、光源２０１とハーフミラー２０３との間の距離は、光源２０２とハーフミラー２０３との間の距離に比較して、短くなる設定とされている。これにより、光源２０１を選択した場合における照明光学系２００の光路長と、光源２０２を選択した場合における照明光学系２００の光路長とが異なるようにされている。光源２０１と２０２は、一方が発光し、その際は他方が発光を停止する。このどちらが発光するのかを切り替えることで、上述した光路長の選択が行われる。この発光の切り替えを光シャッターの切り替えによって行うこともできる。
【００１７】
レンズ系１０２は、光源２０１または２０２からの光の光束を整えるレンズ系である。なお、レンズ系１０２は、簡略化された記載となっているが、実際は複数のレンズを組み合わせた光学系とされている。これは、後述する他のレンズ系においても同様である。
【００１８】
光源２０１または２０２からの照明光は、レンズ系１０２、偏光ビームスプリッタ１０４、光学絞り１０５、レンズ系１０６を介して、ダイクロイックミラー１０７に入射する。この入射光は、ダイクロイックミラー１０７において、図１の上方向に反射される。ダイクロイックミラー１０７は、光源２０１または２０２からの波長８３０nmの光を反射し、波長９４０ｎｍの光を透過する設定とされている。ダイクロイックミラー１０７で図１の上方向に反射された照明光は、対物レンズ１０８を介して、ダイクロイックミラー１０９に入射する。ダイクロイックミラー１０９に入射した照明光は、図１の左方向（被検眼１５０の方向）に反射される。ダイクロイックミラー１０９は、被検者の視線眼の方向が開放された構造を有しており、波長が略８００ｎｍより短い領域の可視光を透過し、波長８００ｎｍを超える赤外光を反射する設定とされている。ダイクロイックミラー１０９で図の左方向に反射された照明光は、被検眼１５０の眼底１５１に照射される。以上が照明光学系２００の構成である。
【００１９】
照明光学系２００は、０Ｄの被検眼測定時に眼底１５１に照明光が集光する場合の光路長を基準として、それよりも光路長が少し短くなる設定とされている。また上述したように、光源２０１と２０２のハーフミラー２０３からの距離を異ならせる値とすることで、上記の光路長を２種類設定し、そのいずれかを選択することを可能としている。この光路長の設定の詳細については後述する。
【００２０】
図２は、照明光学系２００における光路長を複数設定した場合の他の例を示す概念図である。図２（Ａ）に示す例では、長さの異なる複数の光ファイバを束ねた光学部品２１１に、光源２１０からの光を入射させ、長さの異なる各光ファイバから出射される光を同時にレンズ系１０２に入射させる。この構成では、光ファイバの長さの違いに応じて、光路長が複数種類（この場合は３種類）となる。そして得られるハルトマン像は、ピントの合った相対的に輝度の高い像と、ぼけた相対的に輝度の低い像とが同時に得られる。画像処理において、適当な閾値を設定することで、この中の輝度の高いものが検出される。この構成では、各光ファイバそれぞれを経路とした光路長が、後述する範囲に納まるように設定する。ここで、束ねる光ファイバの数は、３に限定されず、２や４であってもよい。
【００２１】
図２（Ｂ）には、ＭＥＭＳ光スイッチ２１２によって、光ファイバ２１４からそのままレンズ系１０２に光源２１０からの光が出射される場合の第１の光路と、光ファイバ２１４→２１３を経由して、光ファイバ２１３からレンズ系１０２に光源２１０からの光が出射される場合の第２の光路のいずれかを選択可能とした構成が記載されている。この場合、光ファイバから射出される光の位置を切り替えることで、光源の位置を切り替えた場合と同様の効果を得ることができる。この場合も切り替えの対象となる光路の光路長が、後述する範囲に収まるように設定する。
【００２２】
（光路長の設定について）
照明光学系の焦点の位置を固定した場合において、できるだけ広い範囲でレフ値を取得する工夫について説明する。なお、レフ値というのは、眼の屈性率異常の程度を評価するパラメータである。図３は、各レフ値（横軸）における、眼底網膜上で集光する条件における照明系の光源（図１の光源２０１や２０２に相当）の位置の計算値（縦軸）を表している。ここでは、縦軸の値は、レフ値が０Ｄの模型眼を測定する場合に眼底の網膜上で照明光が集光する際における光源の位置を基準(位置０mm)とし、そこから被検眼に近づく位置（照明光の光路が短くなる位置）をマイナス表示とし、被検眼から遠ざかる位置（照明光の光路が長くなる位置）をプラス表示としている。図３は、例えば、レフ値−１５Ｄの被検眼を測定した場合、照明光が眼底で集光する条件における光源の位置が、レフ値０Ｄの被検眼を測定した場合における照明光が眼底で集光する条件での光源の位置に比較して、約マイナス３ｍｍ弱程度の位置であることを示している。
【００２３】
図３のグラフは、双曲線のような形状をしており、＋３．５Ｄあたりで発散し、＋∞Ｄおよび−∞Ｄは−３．５mmあたりに収束している。図３を見ると、０Ｄの場合よりも光路が短い位置で集光する範囲が広く、この光路が短い位置で、より広い範囲のレフ値に対応できることが示唆される。つまり、照明光が眼底に集光する条件における光路長を、０Ｄの場合よりも若干縮めることで、広い範囲のレフ値での測定が可能であることが示唆されている。
【００２４】
上記の知見に基づき、以下の予備実験を行った。まず、＋１５Ｄ、＋１０Ｄ、０Ｄ、−１０D、−１５Dの各レフ値測定時において、眼底の網膜上で集光する光源の位置を取得した。そしてこの条件において、表１に示す9つの番地の無収差に近い模型眼を測定した。
【００２５】
【表１】
2018117842.tif 000003
【００２６】
すなわち、+１５Ｄのレフ値の測定において、眼底の網膜上に照明光が集光する条件で、表１の模型眼番地のハルトマン像を観察し、同様に+１０Ｄのレフ値の測定において、眼底の網膜上に照明光が集光する条件で、表１の模型眼番地のハルトマン像を観察し、といった測定を行った。そして、各条件で取得したハルトマン像に基づいて画像解析ソフトウェアによるレフ値の算出を行った。ここで、画像解析ソフトウェアによるハルトマン像からのレフ値が算出できた場合を○判定、レフ値の算出ができなかった場合を×判定とし、その結果を整理した。この結果を下記表２に示す。
【００２７】
【表２】
2018117842.tif 000004
【００２８】
表２において、「集光位置」というのは、眼底網膜上に照明光の集光位置を合わせた際におけるレフ値である。「０Ｄからのずれ量」というのは、０Ｄの模型眼の眼底網膜上に照明光の集光位置を合わせた場合における光源の位置を基準とし、そこからのずれ量を示している。ここで、ずれ量は、光源が被検眼に近づく方向（光路長が短くなる傾向）がマイナスとされ、光源が被検眼から遠ざかる方向（光路長が長くなる傾向）がプラスとされている。
【００２９】
表２から明らかなように、レフ値が０Ｄの場合に眼底への集光が得られる照明光学系の光路長を基準として、光路長を３mm弱短くすることで、より広い範囲（レフ値−２５〜＋２２）におけるレフ値の検出が可能となる。
【００３０】
表２の結果と、図３のデータと合わせて考えると、レフ値が０Ｄの場合に眼底への集光が得られる照明光学系の光路長を基準として、光路長を２．５ｍｍ〜３mm程度短くなる範囲に設定（条件１）することで、照明光学系の光路長を固定した場合であってもより広範囲なレフ値の検出ができることが結論される。なお、レフ値が０Ｄの場合に眼底への集光が得られる照明光学系の光路長を基準として、光路長を４ｍｍ〜５ｍｍ程度長くする設定（条件２）でも測定可能なレフ値の範囲を広くできるが、上記の条件１の場合に比較すると、範囲は狭くなる（特に、−１５や−２４Ｄが測定できず、また＋２２Ｄも測定できない）。
【００３１】
（データの校正について）
表２に示すように、レフ値が０Ｄの場合に眼底への集光が得られる照明光学系の光路長を基準として、照明光学系の光路長を少し短く設定することで、照明光学系の光路長を固定した場合であってもより広い範囲のレフ値の計測が可能となる。しかしながら、より詳細な解析によれば、照明光学系の光路長を可変仕様とし、常に照明光の集光位置を眼底に合わせての計測を行う場合に比較して、上記の光路長を固定した場合に得られるレフ値には僅かなずれがあることが判明している。
【００３２】
図４は、得られたハルトマン像に基づくレフ値の算出値を横軸とし、レフ値で示した模型眼の番地を縦軸としたグラフである。理想的には、ハルトマン像に基づいて算出されたレフ値（計測値）と、模型眼の番地とは正比例関係にあり、●印で示されるプロット点が得られる。例えば、照明光学系の光路長を微調整しての計測では、●印のプロット点にほぼ一致した計測値を得ることができる。
【００３３】
これに対して、表２における「０Ｄからのずれ量が-2.70mm」の条件において取得したハルトマン像に基づくレフ値は、図４の○印により示されるようにほぼ三次関数でフィッティングされた曲線（３次曲線）となる。これは、照明光学系の光路長が固定されていることに起因して光学的な歪みが生じ、それが影響しているためであると考えられる。
【００３４】
しかしながら、図４の○印により示されるように、上記の条件で得られるレフ値の測定値は、補正関数に正確にフィッティングするので、ソフトウェア処理により補正が可能となる。
【００３５】
（波面測定系）
眼科測定装置１００は、被検眼の眼底から反射された反射光束を複数の光束に分割するハルトマン板およびこのハルトマン板で分割された分割光束を受光する受光部を有する波面測定系を備えている。以下、波面測定系について説明する。被検眼１５０の眼底１５１で反射された照明光学系２００からの照明光（以下、眼底反射光）は、ダイクロイックミラー１０９で図の下方向に反射され、対物レンズ１０８を通った後、ダイクロイックミラー１０７で図の右方向(レンズ系１０６の方向)に反射される。レンズ系１０６を図の左方向から右方向に通過した眼底反射光は、偏光ビームスプリッタ１０４で分離され、その一部の偏光成分（主に眼底で偏波面が回転した偏光成分）が、レンズ系１２０の方向に反射される。偏光ビームスプリッタ１０４からレンズ系１２０の方向に反射された眼底反射光の光束は、ハルトマン板１２１で複数の光束に分割され、受光部１２２で受光される。ここで、ハルトマン板１２１は、被検眼１５０の瞳と共役な関係にあり、受光部１２２は、ＣＭＯＳイメージセンサにより構成されている。受光部１２２により、ハルトマン像が光学的に検出される。このハルトマン像は、被検眼１５０からの反射光の波面情報を含んでおり、ハルトマン像をソフトウェア処理により解析することで、被検眼の屈折特性に係る情報（例えば、レフ値）が取得される。なお、測定される被検眼の屈折特性は、眼球内部の検査や屈折矯正手術に利用可能である。またここで、対物レンズ１０８は、前眼部観察系と共有されている。
【００３６】
なお、受光部１２２の位置を前後させ、波面測定系の光路長を変化させても測定されるハルトマン像への影響は小さく、照明光学系における光路長の変化の場合のような特出した影響は観察されないことが確かめられている。つまり、受光部１２２の位置を光軸上で前後に動かしても、得られるハルトマン像にさほど変化が見られないことが確かめられている。これは、ハルトマン板１２１を構成する各レンズのＮＡが大きく、焦点深度が非常に深いことに起因して、ハルトマン像に受光部１２２の前後位置の影響が出難いことが要因と考えられる。
【００３７】
（前眼部照明系）
眼科測定装置１００は、被検眼１５１の前眼部を照明する前眼部照明系を備えている。以下、前眼部照明系について説明する。眼科測定装置１００は、前眼部照明系を構成する光源１１２を有している。光源１１２は、波長９４０ｎｍの赤外光を発光するLEDである。光源１１２は、図１では明らかでないが、ダイクロイックミラー１０９の下方の両側（左右）の２箇所に配置されており、ダイクロイックミラー１０９に照明光を照射し、そこで反射された光（赤外光）が被検眼１５０に対して照射される構成とされている。
【００３８】
（前眼部観察系）
眼科測定装置１００は、前眼部照明系で照明された被検眼１５１の前眼部から反射された光を受光する受光部を有する前眼部観察系を備えていえる。以下、前眼部観察系について説明する。光源１１２からダイクロイックミラー１０９を介して、被検眼１５０に対して照射された照明光に含まれる波長９４０ｎｍ付近の光は、被検眼１５０の前眼部で反射され(以下、この反射光を前眼部反射光という)、ダイクロイックミラー１０９で図１の下方向に反射される。この波長９４０ｎｍの光を含む前眼部反射光は、対物レンズ１０８を通り、更にダイクロイックミラー１０７を透過し、レンズ系１１３に至る。そして、レンズ系１１３を通過した前眼部反射光は、受光部１１４で受光される。受光部１１４はＣＣＤセンサであり、波長９４０ｎｍの前眼部反射光に基づく画像データ（つまり、前眼部の撮影画像の画像データ）を出力する。なお、被検眼１５０からの可視帯域の反射光は、ダイクロイックミラー１０９を図の右方向に透過し、眼科測定装置１００の外部に抜ける。
【００３９】
(データ出力系)
画像測定装置１００は、画像データ出力部１１５を備えている。画像データ出力部１１５は、前眼部観察系で得られた前眼部像の画像データを外部に出力する。画像データ出力部１１５は、受光部１１４において得られる前眼部の画像データを出力する機能に加えて、前眼部の画像に受光部１２２において得られる波面収差の情報に基づく被検眼の屈折特性を視覚化したデータ作成し、これを前眼部の画像データに統合した画像データを合成し、それを出力する機能を有する。例えば、前眼部の画像中に眼底からの反射光の波面情報を視覚的に埋め込み、波面情報が色彩情報として表示された画像データを生成し、それを出力する。この場合、部分的な色彩の違いにより、波面収差の様子（つまり屈折特性の様子）が視覚的に把握できる前眼像を得ることができる。
【００４０】
この波面情報に基づく屈折特性の算出が演算部１１６において行われる。勿論、演算部１１６は、レフ値を数値として算出し、それを出力することもできる。また、演算部１１６は、図４に例示する校正曲線を用いて、画像処理によりハルトマン像を画像処理し、図４に関連して説明した屈折特性のずれを補正する処理を行う。すなわち、ハルトマン像を構成する輝点の位置を図４の補正曲線に基づいて補正する。この補正は、予め調べておいたシフト量で、ハルトマン像中の輝点をシフトさせることで行われる。
【００４１】
演算部１１６における屈折特性の算出は、概略以下のようにして行われる。まず、４×４や５×５といった複数の光束により構成されるハルトマン像に基づき、この複数の光束間の傾きを算出する。ついで、この各光束の傾き角から眼球内における光の屈折の状態に関する情報を取得する。
【００４２】
（優位性）
レフ値が０Ｄの場合に眼底への集光が得られる照明光学系２００の光路長を基準として、光路長がやや短くなる設定となるように光源２０１および２０２の位置を決める。これにより、照明光学系２００のレンズ系や光源を可動させる構造としなくても広い範囲の屈折特性の測定に対応できる。また、より鮮明なハルトマン像が得られるように光源２０１および２０２をいずれかを選択することで、計測される屈折特性の精度を更に高くできる。この場合、ハルトマン像の輝度がより高い方の光路が選択されるように光路の選択を行えばよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、被検眼の屈折力に係る情報を測定する眼科測定装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００…眼科測定装置、１０２…レンズ系、１０４…偏光ビームスプリッタ、１０５…光学絞り、１０６…レンズ系、１０７…ダイクロイックミラー、１０８…対物レンズ、１０９…ダイクロイックミラー、１１２…光源、１１３…レンズ系、１１４…受光部、１１５…画像データ出力部、１１６…演算部、１５０…被検眼、１２０…レンズ系、１２１…ハルトマン板、１２２…受光部、２００…照明光学系、２１１…長さの異なる複数の光ファイバを束ねた光学部品、２１２…ＭＥＭＳ光スイッチ、２１３…光ファイバ、２１４…光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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