(57)【要約】【目的】角膜形状測定装置において、人眼の位置変位があっても正しく角膜形状を測定する装置と補正方法。【構成】角膜直前に置かれたコーン形状の光束発生器の中に、リング状の連続発散光源群と２つ以上の集光光源群を併置し、そこからの反射光を受光素子にて検知し角膜形状を計算する。発散光源群の値と集光光源群の値の比較から前後ずれの割合を算出し、予め設定された乗数をかけて前後ずれを補正した正しい角膜形状値を計算し、表示する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の角膜に照射するリング状に連続した発散光源群と２つ以上の集光光源群を併せ持つ投光光学系と、角膜からの反射光線群を測定光学系内の受光素子に導き、受光素子上の結像位置を解析することから角膜の形状を測定する角膜形状測定装置。
【請求項２】
投光光学系の発散光線群が多重のリング形状で構成された光源であることを特長とした請求項１に記載の角膜形状測定装置。
【請求項３】
投光光学系の発散光線群が規則的に並べられた点光源群であることを特長とした請求項１に記載の角膜形状測定装置。
【請求項４】
投光光学系が角膜直前におかれたコンパクトなコーン形状内にあることを特長とした請求項１に記載の角膜形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、眼科分野における人眼の角膜形状を他覚的に自動で測定する角膜形状測定装置（通称角膜トポグラファ）に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
角膜に、複数のリングパターンを投影し、その反射像から角膜形状を計算し色分けされたマップで角膜形状を表現する装置（角膜トポグラファ）が提供されている。これは眼前に設置された発光リング生成器を用い、角膜からの反射光群を装置の小開口から取り出し平面受光素子に導いてそのパターン像の解析から角膜各位置での形状を算出するものであった。これはコンタクトレンズの処方、角膜形状病変の発見に役立ち、かつ現在では屈折矯正手術においても術前術後の変化を知るために不可欠な装置となっている。しかしながら、従来の投光光学系は発散する光源を用いているため、光源と角膜位置との距離のずれが誤差を生み、正しく角膜形状を測定するためには、装置内にアライメント（照準）機能を付加させることが必要であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
角膜形状測定装置において、装置内に特別なアライメント機構を付加することなく、角膜位置が装置基準位置からずれても正しく角膜形状を測定できるようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
被検者の角膜に照射するリング状に連続した発散光源群と２つ以上の集光光源群を併せ持つ投光光学系と、角膜からの反射光線群を測定光学系内の受光素子に導き、受光素子上の結像位置を解析することから角膜の形状を測定する角膜形状測定装置において、角膜全体の形状を測定するために投光光学系の発散光線群を多重のリング形状にしたことを特長とし、あるいは、投光光学系の発散光線群が規則的に並べられた点光源群であることを特長とした角膜形状測定装置を提供する。この投光光学系は装置先端部のコンパクトなコーン形状という特徴も持つ。
【０００５】
【作用】
光源から発散光線が角膜上に入射した場合は、反射光線の高さｈ（以後、この高さは光軸に平行な光線上の高さを代表値として扱う）は角膜と光源の距離により変化する。これは、その距離が短いほど変化の割合が大きく、装置を小型にする時には大きな障害となっていた。しかしながら角膜上に平行な光束を入射させた場合、光束の径の範囲内であれば受光系がテレセントリックな光学系であれば前後に動いても角膜からの反射高さは変化しないことがわかっている。本発明は従来の多重リングを発生させる投光光学系の中に平行光束を照射できる機構を２つ以上付加させることにより、この集光された点の位置と、従来の発散光線による点群の位置との長さを比較することで、測定された形状値を本来の角膜形状に修正できるようにしたものである。
【０００６】
これを図面を用いて説明する。図３は従来の発散光線の場合の説明図で、角膜前方Ｌの位置のＨの高さの光源Ｐ１から照射された光線が角膜により光軸上の高さｈ１で反射される様子を示している。図４は凸レンズの焦点位置におかれたＰ２により同じく光軸上高さｈ２で反射される様子を示している。角膜Ｒが共通としてともに基準位置ではｈ＝Ｒ・ｓｉｎθで表わされる関係式で結ばれるが、図３の発散光束の場合θはＬの変化により変化するのである。つまりｈ１の高さが変化する。ところが図４の場合は角膜位置が光束の径の及ぶ範囲内であり、かつここでは詳述しないテレセントリックな受光光学系であれば、反射の角度は変化せずｈ２の高さも変化しないのである。図３の場合のｈ１の高さは以下の関係式を解くことで求められる。
ｓｉｎθ＝ｈ１／Ｒ
Ｋ＝√（Ｒ／Ｒ−ｈ１／ｈ１）  とすると
ｔａｎ２θ＝２・ｈ１・Ｋ／（Ｒ・Ｒ−２・ｈ１・ｈ１）
また図３の関係式から
ｔａｎ２θ＝（Ｈ−ｈ１）／（Ｌ＋Ｒ−Ｋ）
よって
２・ｈ１・Ｋ／（Ｒ・Ｒ−２・ｈ１・ｈ１）＝（Ｈ−ｈ１）／（Ｌ＋Ｒ−Ｋ）結果はｈ１の４次式になり、距離Ｌと高さｈ１の関係式が求められる。本発明はこの前後移動で変化するｈ１と無変化のｈ２との比較を行い、正しい角膜形状を算出するのである。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を具体的に明らかにするために、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は角膜形状測定のための今回実施された投光光学系（この説明文では以下コーンと呼ぶ）を表わし、１は被検者の眼球を、２はコーンを、そしてこのコーンには３で示された面にはリング状のスリットが切ってありコーン外の光源５からこのスリットを通して多重のリング光を角膜に照射するのである。４の位置には２つ以上の凸レンズを組込む場所が設けられ、これもその焦点位置に光源６が設けられ、角膜に平行な光束を照射するようになっている。凸レンズから角膜への入射角度は一定な値αで示されている。このαは作用項で説明した角度θの約２倍となる。
【０００８】
図２は角膜からの反射パターンを装置から見た図である。ここで１２、１３の多重リングの結像はコーン内面の多重リングスリットからの反射光の像で、１１は凸レンズから照射され反射した結像を示している。リング１２と点像１１は同じ長さになるようにコーン内部につけられていて、角膜までの距離のずれがない場合は１１間の長さＫ１とリング１２の平均直径Ｋ２は等しくなる。前後距離がずれることにより、Ｋ１は同じであるがＫ２が変化するのである。
【０００９】
ｈ１とｈ２がずれたままで角膜形状の数値を補正する方法であるが、これは予めいくつかのＲ別にｈ１とｈ２の差を変数にして表を持っておき、その表で示された値だけｈ１の値に一律に掛け算して求める方法を採用する。表１はその例を示したものである。図５は今回の補正を行うための実際のコーンの形状を示していて表１の基準になったものである。コーンの円錐状の内面に多重のリング光源があり、その位置は基準の角膜半径Ｒ（この場合は８ｍｍ）で角膜上の測定範囲を表す直径が順にφ８ｍｍからφ１ｍｍになるように決められている。このコーンに対し前後に角膜位置がずれてφ３相当の大きさが変化した場合にどのくらいの補正定数をかければいいかが表１に示されている。つまり、Ｋ１に対するＫ２の比の値をφ３の位置（リング基準位置）で算出し、その位置で倍率基準の位置で示された乗数を各リングの値に個々にかければいいのである。表は１０％刻みで書かれているので、その間は比例配分して内挿すればよい。（表１での計算はＬ０＝５０ｍｍ、Ｈ０＝１５ｍｍとしている）
【００１０】
【発明の効果】
従来の角膜形状測定装置に凸レンズによる集光投光系を２つ以上付加することにより、従来あった前後ずれを検知するための専用のアライメント機構が不要になり、極めてシンプルで安価な位置ずれに対応した角膜形状測定装置を提供することができるのである。この方法はここに述べた方式に限定されない。例えば凸レンズの代わりに環状の円柱レンズを使用しても良く、また円柱レンズを使用しても良い。はめ込む対象はコーンに限定されることもなく、プラチド方式にも転用が可能である。あるいはこのｈ１とｈ２の差の部分を別な受光素子で受け、本来測定とは別ルーチンで行うことも可能である。
【００１１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】人眼と投光光学系（コーン）との関係図
【図２】受光素子上に結像された角膜反射パターンの例
【図３】標準的な角膜形状測定の原理図
【図４】凸レンズ使用時の角膜形状測定の原理図
【図５】コーン形状の実施例
【符号の説明】
１        被検者の眼球
２        投光光学系の本体部（コーン）
３        コーンの内面（リングスリット面）
４        集光用凸レンズ
５        照明用光源
６        集光レンズ用光源
１１      集光レンズによる角膜反射点像
１２      集光レンズ中心と同位置につけられたリング像
１３      多重リング像
２０      コーンの円錐状内面
２１      コーンの円錐状内面につけられたリング光源
【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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