(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長の第１光束を発する第１光源部を有し、被検眼の眼底を該第１光源部からの第１光束で照明するための第１照明光学系と、
受光光束から第１座標系として第１受光信号を形成する第１受光部を有し、被検眼眼底から反射して戻ってくる光束を複数のビームに変換して該第１受光部に導く第１受光光学系と、
受光光束から前眼部の情報を含み第２座標系として第２受光信号を形成する第２受光部を有し、被検眼前眼部の情報を含む第２光束を該第２受光部に導く第２受光光学系と、
第１受光部からの第１受光信号に基づき被検眼の第１光学特性を求め、第２受光部からの第２受光信号に基づき被検眼の第２光学特性を求める測定部と、
第１及び第２受光信号に含まれる被検眼瞳に対応する第１及び第２座標系の信号を、それぞれ基準座標系の信号に変換する座標設定部と、
上記測定部により求めれられた被検眼の第１及び第２光学特性を、前記座標設定部により形成された各基準座標系により関係つける変換部と、
を備えた眼特性測定装置。
【請求項２】
第１波長の第１光束を発する第１光源部を有し、被検眼の眼底を該第１光源部からの第１光束で照明するための第１照明光学系と、
受光光束から第１座標系として第１受光信号を形成する第１受光部を有し、被検眼眼底から反射して戻ってくる光束を複数のビームに変換して該第１受光部に導く第１受光光学系と、
受光光束から前眼部の情報を含み第２座標系として第２受光信号を形成する第２受光部を有し、被検眼前眼部の情報を含む第２光束を該第２受光部に導く第２受光光学系と、
第１受光部からの第１受光信号に基づき被検眼の第１光学特性を求める測定部と、
第１及び第２受光信号に含まれる被検眼瞳に対応する第１及び第２座標系の信号を、それぞれ基準座標系の信号に変換する座標設定部と、
上記測定部により求めれられた被検眼の第１光学特性を、前記座標設定部により形成された各基準座標系により関係つける変換部と、
を備えた眼特性測定装置。
【請求項３】
前記座標設定部は、前記第１受光部上で変換部材で変換されたビームを囲むように現われる背景光に基づき座標原点を決定するように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の眼特性測定装置。
【請求項４】
前記座標設定部は、前記第１受光部上で変換部材で変換されたビームを囲むように現われる背景光の輪郭に基づき、その輪郭の重心を座標原点と決定するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の眼特性測定装置。
【請求項５】
前記座標設定部は、被検眼の特徴部分を含む第２受光信号に基づき、座標原点及び座標軸の向きを決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【請求項６】
前記座標設定部は、被検眼の特徴部分を含む第２受光信号に基づき、座標原点を瞳中心又は角膜頂点に決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【請求項７】
前記座標設定部は、第２受光信号中の被検眼瞳位置、被検眼の虹彩位置、瞳の形状、リンバス形状、被検眼の虹彩の模様の少なくともいずれか１つに基づき座標原点を、第２受光信号中の被検眼瞳位置、被検眼の虹彩位置、瞳の形状、リンバス形状、被検眼の虹彩の模様の少なくともいずれか１つに基づき座標軸の回転や移動を求め、測定データと座標軸の関係付けを行うように構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の眼特性測定装置。
【請求項８】
前記被検眼の特徴部分は、被検眼の被検眼瞳位置、被検眼の虹彩位置、瞳の形状、リンバス形状、被検眼の虹彩の模様、被検眼前眼部に形成されたマーカーの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【請求項９】
収差結果に基づいてアブレーション量を演算するように形成され、その演算結果を手術装置に出力する演算部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【請求項１０】
前記座標設定部により設定された基準座標系に基づき、被検眼前眼部にこの座標系に関連づけられたマーカーを形成するマーカー形成部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【請求項１１】
前記座標設定部は、第１及び第２座標系の各信号に基づき、瞳エッジと瞳中心を求めることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【請求項１２】
前記変換部は、前記座標設定部が求めた瞳中心を原点とすることにより基準座標系に変換することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の眼特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼特性測定装置に係り、特に、眼の光学特性を測定し、これを被検眼・測定装置・手術装置の所定の座標系に関連づけたり、それを表示する等を行う眼特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医学用に用いられる光学機器は、極めて多種多様な広がりを見せている。この光学機器は、特に、眼科では、眼の屈折、調節等の眼機能、眼球内部の検査を行う光学特性測定装置として普及している。また、これらの各種検査の測定結果は、例えば、検査対象となる患者の被測定眼がどのような測定条件下に置かれていたかが重要となる。
【０００３】
また、一般に、角膜トポグラフィーは、角膜切開術・角膜切削術等の手術の結果予測、角膜移植後の臨床、近視・遠視用のコンタクトレンズの設計及び評価、角膜の診断・病気判定等、多数の用途に有効である。従来の角膜形状の測定方法としては、例えば、プラシード円板技術、立体写真技術、モアレ技術、トポグラフィー干渉技術等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の眼特性測定装置は、測定装置自体の座標、例えば受光部の中心を座標原点とするような処理がなされていた。そのため、このような座標系によると、例えば、手術装置において、測定データと眼との関係付けが十分にとられていない場合があり、必ずしも適切とはいえない。また、従来の測定装置は、被検眼の屈折力と角膜形状とを求めるフォトレフラクトメータという装置が存在したが、必ずしも同じ座標系で表示などがなされていなかった。
【０００５】
また、一般に、手動または自動でアライメントが調整された時点で、測定が手動または自動で開始されるが、測定時のＣＣＤに付帯した座標系（ＣＣＤ座標）は、ＣＣＤとレンズを介して反対側の物体側（眼側）のそのＣＣＤ座標に対応する。そして、ハルトマン波面センサー（第１測定系）と角膜形状測定（第２測定系）は、それぞれのＣＣＤでほぼ同時であるが、厳密には同時でない時刻に測定される場合がある。このため測定中に、例えば、目が動くこと等が主因となり、第１測定系のＣＣＤ座標系が、第２測定系のＣＣＤ座標に対して等しくなる保証はない。また、前眼部像から瞳のエッジを得て、それをアライメントに利用することは既に行われている。しかし、ハルトマン像の取得タイミングと前眼部アライメント像の取得タイミングが完全に一致しない場合には、前眼部アライメント像だけでアライメントしたのでは、眼球運動等によりハルトマン測定のアライメントにずれが生じる可能性がある。
【０００６】
さらに、近年、角膜矯正手術においては、眼光学特性測定系である第１受光部から得られる被検眼の収差や屈折力データ等の光学特性測定データと、角膜トポグラフィー測定系である第２受光部から得られる被検眼角膜データ等の角膜トポグラフィー測定データとを重ね合わせる要求が出てきた。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、第１受光部から得られる被検眼の収差や屈折力データと、第２受光部から得られる被検眼角膜データとを精密に重ね合わせが可能なように関連付ける眼光学特性測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、両者の瞳を画像的に比較して、位置を合致させることにより、アライメント系と同じ画像を利用した角膜形状測定と波面測定の座標をあわせることや、アライメント系の座標系と波面測定の座標系を関連付けることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段によると、
第１波長の第１光束を発する第１光源部を有し、被検眼の眼底を該第１光源部からの第１光束で照明するための第１照明光学系と、
受光光束から第１座標系として第１受光信号を形成する第１受光部を有し、被検眼眼底から反射して戻ってくる光束を複数のビームに変換して該第１受光部に導く第１受光光学系と、
受光光束から前眼部の情報を含み第２座標系として第２受光信号を形成する第２受光部を有し、被検眼前眼部の情報を含む第２光束を該第２受光部に導く第２受光光学系と、
第１受光部からの第１受光信号に基づき被検眼の第１光学特性を求め、第２受光部からの第２受光信号に基づき被検眼の第２光学特性を求める測定部と、
第１及び第２受光信号に含まれる被検眼瞳に対応する第１及び第２座標系の信号を、それぞれ基準座標系の信号に変換する座標設定部と、
上記演算部により求めれられた被検眼の第１及び第２光学特性を、前記座標設定部により形成された各基準座標系により関係つけて合成する変換部と、
を備えた眼特性測定装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
１．  眼光学特性測定の原理説明
図１は、本発明に関する眼光学特性測定装置の概略光学系１００を示す図である。
【００１０】
眼光学特性測定装置の光学系１００は、例えば、対象物である被測定眼６０の光学特性を測定する装置であって、第１照明光学系１０と、第１受光光学系２０と、第２受光光学系３０と、共通光学系４０と、調整用光学系５０と、第２照明光学系７０と、第２送光光学系８０とを備える。なお、被測定眼６０については、図中、網膜６１、角膜６２が示されている。
【００１１】
第１照明光学系１０は、例えば、第１波長の光束を発するための第１光源部１１と、集光レンズ１２とを備え、第１光源部１１からの光束で被測定眼６０の網膜（眼底）６１上の微小な領域を、その照明条件を適宜設定できるように照明するためのものである。なお、ここでは、一例として、第１光源部１１から発せられる照明用の光束の第１波長は、赤外域の波長（例えば、７８０ｎｍ）である。
【００１２】
また、第１光源部１１は、空間コヒーレンスが大きく、時間コヒーレンスが小さいものが望ましい。ここでは、第１光源部１１は、例えば、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）であって、輝度の高い点光源を得ることができる。なお、第１光源部１１は、ＳＬＤに限られるものではなく、例えば、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが大きいレーザー等であっても、回転拡散板等を挿入し、適度に時間コヒーレンスを下げることで、利用することができる。さらに、空間コヒーレンス、時間コヒーレンスが小さいＬＥＤであっても、光量さえ十分であれば、例えば、光路の光源の位置にピンホール等を挿入することで、利用することができる。
【００１３】
第１受光光学系２０は、例えば、コリメートレンズ２１と、被測定眼６０の網膜６１から反射して戻ってくる光束（第１光束）の一部を、少なくとも、１７本のビームに変換する変換部材であるハルトマン板２２と、このハルトマン板２２で変換された複数のビームを受光するための第１受光部２３とを備え、第１光束を第１受光部２３に導くためのものである。また、ここでは、第１受光部２３は、リードアウトノイズの少ないＣＣＤが採用されているが、ＣＣＤとしては、例えば、一般的な低ノイズタイプ、測定用の１０００＊１０００素子の冷却ＣＣＤ等、適宜のタイプのものを適用することができる。
【００１４】
第２照明光学系７０は、第２光源７２と、プラチドリング７１を備える。なお、第２光源７２を省略することもできる。図２に、プラチドリングの構成図の一例を示す。プラチドリング（ＰＬＡＣＩＤＯ’Ｓ  ＤＩＳＣ）７１は、図示のように、複数の同心輪帯からなるパターンの指標を投影するためのものである。なお、複数の同心輪帯からなるパターンの指標は、所定のパターンの指標の一例であり、他の適宜のパターンを用いることができる。そして、後述するアライメント調整が完了した後、複数の同心輪帯からなるパターンの指標を投影することができる。
【００１５】
第２送光光学系８０は、例えば、後述するアライメント調整及び座標原点、座標軸の測定・調整を主に行うものであって、第２波長の光束を発するための第２光源部３１と、集光レンズ３２と、ビームスプリッター３３を備える。
【００１６】
第２受光光学系３０は、集光レンズ３４、第２受光部３５を備える。第２受光光学系３０は、第２照明光学系７０から照明されたプラチドリング７１のパターンが、被測定眼６０の前眼部又は角膜６２から反射して戻ってくる光束（第２光束）を、第２受光部３５に導く。また、第２光源部３１から発せられ被測定眼６０の角膜６２から反射し、戻ってくる光束を第２受光部３５に導くこともできる。なお、第２光源部３１から発せられる光束の第２波長は、例えば、第１波長（ここでは、７８０ｎｍ）と異なると共に、長い波長を選択できる（例えば、９４０ｎｍ）。
【００１７】
共通光学系４０は、第１照明光学系１０から発せられる光束の光軸上に配され、第１及び第２照明光学系１０及び７０、第１及び第２受光光学系２０及び３０、第２送光光学系８０等に共通に含まれ得るものであり、例えば、アフォーカルレンズ４２と、ビームスプリッター４３、４５と、集光レンズ４４とを備える。また、ビームスプリッター４３は、第２光源部３１の波長を被測定眼６０に送光（反射）し、被測定眼６０の網膜６１から反射して戻ってくる第２光束を反射し、一方、第１光源部１１の波長を透過するようなミラー（例えば、ダイクロミックミラー）で形成される。ビームスプリッター４５は、第１光源部１１の波長を被測定眼６０に送光（反射）し、被測定眼６０の網膜６１から反射して戻ってくる第１光束を、透過するようなミラー（例えば、ダイクロミックミラー）で形成される。このビームスプリッター４３、４５によって、第１及び２光束が、互いに他方の光学系に入りノイズとなることがない。
【００１８】
調整用光学系５０は、例えば、後述する作動距離調整を主に行うものであって、第３光源部５１と、第４光源部５５と、集光レンズ５２、５３と、第３受光部５４を備え、主に作動距離調整を行うものである。
【００１９】
つぎに、アライメント調整について説明する。アライメント調整は、主に、第２受光光学系３０及び第２送光光学系８０により実施される。
【００２０】
まず、第２光源部３１からの光束は、集光レンズ３２、ビームスプリッター３３、４３、アフォーカルレンズ４２を介して、対象物である被測定眼６０を略平行な光束で照明する。被測定眼６０の角膜６２で反射した反射光束は、あたかも角膜６２の曲率半径の１／２の点から射出したような発散光束として射出される。この発散光束は、アフォーカルレンズ４２、ビームスプリッター４３、３３及び集光レンズ３４を介して、第２受光部３５にスポット像として受光される。
【００２１】
ここで、この第２受光部３５上のスポット像を光軸上から外れている場合、眼光学特性測定装置本体を、上下左右に移動調整し、スポット像が光軸上と一致させる。このように、スポット像が光軸上と一致すると、アライメント調整は完了する。なお、アライメント調整は、被測定眼６０の角膜６２を第３光源部５１により照明し、この照明により得られた被測定眼６０の像が第２受光部３５上に形成されるので、この像を利用して瞳中心が光軸と一致するようにしてもよい。
【００２２】
つぎに、作動距離調整について説明する。作動距離調整は、主に、調整用光学系５０により実施される。
まず、作動距離調整は、例えば、第４光源部５５から射出された光軸付近の平行な光束を、被測定眼６０に向けて照射すると共に、この被測定眼６０から反射された光を、集光レンズ５２、５３を介して第３受光部５４で受光することにより行われる。また、被測定眼６０が適正な作動距離にある場合、第３受光部５４の光軸上に、第４光源部５５からのスポット像が形成される。一方、被測定眼６０が適正な作動距離から前後に外れた場合、第４光源部５５からのスポット像は、第３受光部５４の光軸より上又は下に形成される。なお、第３受光部５４は、第４光源部５５、光軸、第３受光部５４を含む面内での光束位置の変化を検出できればいいので、例えば、この面内に配された１次元ＣＣＤ、ポジションセンシングデバイス（ＰＳＤ）等を適用できる。
【００２３】
つぎに、第１照明光学系１０と第１受光光学系２０との位置関係を概略的に説明する。
第１受光光学系２０には、ビームスプリッター４５が挿入されており、このビームスプリッター４５によって、第１照明光学系１０からの光は、被測定眼６０に送光されると共に、被測定眼６０からの反射光は、透過される。第１受光光学系２０に含まれる第１受光部２３は、変換部材であるハルトマン板２２を通過した光を受光し、受光信号を生成する。
【００２４】
また、第１光源部１１と被測定眼６０の網膜６１とは、共役な関係を形成している。被測定眼６０の網膜６１と第１受光部２３とは、共役である。また、ハルトマン板２２と被測定眼６０の瞳孔とは、共役な関係を形成している。さらに、第１受光光学系２０は、被測定眼６０の前眼部である角膜６２、及び瞳孔と、ハルトマン板２２と略共役な関係を形成している。すなわち、アフォーカルレンズ４２の前側焦点は、被測定眼６０の前眼部である角膜６２及び瞳孔と略一致している。
【００２５】
また、第１照明光学系１０と第１受光光学系２０は、第１光源部１１からの光束が、集光する点で反射されたとして、第１受光部２３での反射光による信号ピークが最大となるように、連動して移動する。具体的には、第１照明光学系１０と第１受光光学系２０は、第１受光部２３での信号ピークが大きくなる方向に移動し、信号ピークが最大となる位置で停止する。これにより、第１光源部１１からの光束は、被測定眼６０上で集光する。
【００２６】
また、レンズ１２は、光源１１の拡散光を平行光に変換する。絞り１４は、眼の瞳、あるいはハルトマンプレート２１と光学的に共役の位置にある。絞り１４は、径がハルトマンプレート２１の有効範囲より小さく、いわゆるシングルパスの収差計測（受光側だけに目の収差が影響する方法）が成り立つ様になっている。レンズ１３は、上記を満たすために、実光線の眼底共役点を前側焦点位置に、さらに、眼の瞳との共役関係を満たすために、後側焦点位置が絞り１４と一致するように配置されている。
【００２７】
また、光線１５は、光線２４とビームスプリッター４５で共通光路になった後は、近軸的には、光線２４と同じ進み方をする。但し、シングルパス測定のときは、それぞれの光線の径は違い、光線１５のビーム径は、光線２４に比べ、かなり細く設定される。具体的には、光線１５のビーム径は、例えば、眼の瞳位置で１ｍｍ程度、光線２４のビーム径は、７ｍｍ程度になることもある（なお、図中、光線１５のビームスプリッター４５から眼底６１までは省略している）。
【００２８】
つぎに、変換部材であるハルトマン板２２について説明する。
第１受光光学系２０に含まれるハルトマン板２２は、反射光束を複数のビームに変換する波面変換部材である。ここでは、ハルトマン板２２には、光軸と直交する面内に配された複数のマイクロフレネルレンズが適用されている。また、一般に、測定対象部（被測定眼６０）について、被測定眼６０の球面成分、３次の非点収差、その他の高次収差までも測定するには、被測定眼６０を介した少なくとも１７本のビームで測定する必要がある。
【００２９】
また、マイクロフレネルレンズは、光学素子であって、例えば、波長ごとの高さピッチの輪帯と、集光点と平行な出射に最適化されたブレーズとを備える。ここでのマイクロフレネルレンズは、例えば、半導体微細加工技術を応用した８レベルの光路長差を施したもので、高い集光率（例えば、９８％）を達成している。
【００３０】
また、被測定眼６０の網膜６１からの反射光は、アフォーカルレンズ４２、コリメートレンズ２１を通過し、ハルトマン板２２を介して、第１受光部２３上に集光する。したがって、ハルトマン板２２は、反射光束を少なくとも、１７本以上のビームに変換する波面変換部材を備える。
【００３１】
図３は、本発明に関する眼光学特性測定装置の概略電気系２００を示すブロック図である。眼光学特性測定装置に関する電気系２００は、例えば、演算部２１０と、制御部２２０と、表示部２３０と、メモリ２４０と、第１駆動部２５０及び第２駆動部２６０とを備える。
【００３２】
演算部２１０は、第１受光部２３から得られる受光信号▲４▼、第２受光部３５から得られる受光信号▲７▼、第３受光部５４から得られる受光信号（１０）を入力すると共に、座標原点、座標軸、座標の移動、回転、全波面収差、角膜波面収差、ゼルニケ係数、収差係数、Ｓｔｒｅｈｌ比、白色光ＭＴＦ、ランドルト環パターン等を演算する。また、このような演算結果に応じた信号を、電気駆動系の全体の制御を行う制御部２２０と、表示部２３０と、メモリ２４０とにそれぞれ出力する。なお、演算２１０の詳細は後述する。
【００３３】
制御部２２０は、演算部２１０からの制御信号に基づいて、第１光源部１１の点灯、消灯を制御したり、第１駆動部２５０及び第２駆動部２６０を制御するものであり、例えば、演算部２１０での演算結果に応じた信号に基づいて、第１光源部１１に対して信号▲１▼を出力し、プラチドリング７１に対して信号▲５▼を出力し、第２光源部３１に対して信号▲６▼を出力し、第３光源部５１に対して信号▲８▼を出力し、第４光源部５５に対して信号▲９▼を出力し、さらに、第１駆動部２５０及び第２駆動部２６０に対して信号を出力する。
【００３４】
第１駆動部２５０は、例えば、演算部２１０に入力された第１受光部２３からの受光信号▲４▼に基づいて、第１照明光学系１０全体を光軸方向に移動させるものであり、図示しない適宜のレンズ移動手段に対して信号▲２▼を出力すると共に、このレンズ移動手段を駆動する。これにより、第１駆動部２５０は、第１照明光学系１０の移動、調節を行うことができる。
【００３５】
第２駆動部２６０は、例えば、演算部２１０に入力された第１受光部２３からの受光信号▲４▼に基づいて、第１受光光学系２０全体を光軸方向に移動させるものであり、図示しない適宜のレンズ移動手段に対して信号▲３▼を出力すると共に、このレンズ移動手段を駆動する。これにより、第２駆動部２６０は、第１受光光学系２０の移動、調節を行うことができる。
【００３６】
図４に、本発明の眼特性測定装置の演算部に関する詳細構成図を示す。演算部２１０は、測定部１１１、座標設定部１１２、アライメント制御部１１３、マーカー設置部１１４、入出力部１１５、変換部１１６を備える。
【００３７】
第１受光部２３は、被検眼眼底から反射して戻ってくる受光光束から第１受光信号を形成し、測定部１１１に導く。第２受光部３５は、被検眼前眼部の特徴部分及び／又は被検眼前眼部に形成されたマーカーに関する情報を含む受光光束から前眼部の情報を含む第２受光信号を形成し、測定部１１１及び座標設定部１１２に導く。
【００３８】
測定部１１１は、第１受光部からの第１受光信号に基づき、被検眼の屈折力又は角膜形状を含む光学特性を求める。測定部１１１は、特に、第１受光部２３からの第１受光信号に基づき、眼光学特性測定を行う。また、測定部１１１は、特に、第２受光部３５からの第２受光信号に基づき、角膜トポグラフィー測定を行う。また、測定部１１１は、収差結果の演算、また必要に応じてアブレーション量を演算し、その演算結果を入出力部１１５を介して手術装置に出力する。
【００３９】
座標設定部１１２は、第１及び第２受光信号に含まれる被検眼瞳に対応する第１及び第２座標系の信号を、それぞれ基準座標系の信号に変換する。座標設定部１１２は、第１及び第２座標系の各信号に基づき、瞳エッジと瞳中心を求める。
【００４０】
また、座標設定部１１２は、被検眼前眼部の特徴信号を含む第２受光信号に基づき、座標原点及び座標軸の向きを決定する。また、座標設定部１１２は、第２受光信号中の被検眼前眼部の特徴信号の少なくともいずれか１つに基づき、座標原点、座標軸の回転や移動を求め、測定データと座標軸の関係付けを行う。なお、特徴部分は、瞳位置、瞳中心、角膜中心、虹彩位置、虹彩の模様、瞳の形状、リンバス形状の少なくとも一つを含むものである。例えば、座標設定部１１２は、瞳中心、角膜中心等の座標原点を設定する。座標設定部１１２は、第２受光信号に含まれる被検眼前眼部の特徴部分の像に対応する特徴信号に基づき座標系を形成する。また、座標設定部１１２は、第２受光信号に含まれる被検眼に設けられたマーカーについてのマーカー信号及び被検眼前眼部についての信号に基づき座標系を形成する。座標設定部１１２は、マーカー信号を含む第２受光信号に基づき、座標原点及び座標軸の向きを決定することができる。座標設定部１１２は、第２受光信号中のマーカー信号に基づいて、座標原点を求め、第２受光信号中の被検眼前眼部の特徴信号の少なくともいずれか１つに基づき、座標軸の回転や移動を求め、測定データと座標軸の関係付けを行うことができる。または、座標設定部１１２は、第２受光信号中の前眼部についての特徴信号の少なくともいずれか１つに基づき座標原点を求め、第２受光信号中のマーカー信号に基づいて座標軸の回転や移動を求め、測定データと座標軸の関係付けを行うようにしてもよい。または、座標設定部１１２は、第２受光信号中の被検眼前眼部の特徴信号の少なくともいずれか１つに基づき、座標原点、座標軸の回転や移動を求め、測定データと座標軸の関係付けを行うようにしてもよい。
【００４１】
変換部１１６は、測定部１１１により求めれられた被検眼の第１及び第２光学特性を、前記座標設定部により形成された各基準座標系により関係つけて合成する。また、変換部１１６は、座標設定部１１２が求めた瞳中心を原点とすることにより基準座標系に変換する。
【００４２】
第１照明光学系１０と、第１受光光学系２０と、第２受光光学系３０と、共通光学系４０と、調整用光学系５０と、第２照明光学系７０と、第２送光光学系８０等のいずれかひとつ又は複数又は全ては、適宜光学系１００のアライメント部に掲載される。アライメント制御部１１３は、第２受光部により得られた第２受光信号に基づく座標設定部１１２の演算結果に従い、被検眼の動きに応じてこのアラインメント部を移動可能とする。マーカー設置部１１４は、座標設定部１１２により設定された座標系に基づき被検眼前眼部にこの座標系に関連づけられたマーカーを形成する。入出力部１１５は、測定部又は座標設定部からの、収差量、座標原点、座標軸、座標軸の回転、移動、アブレーション量等のデータや演算結果を手術装置に出力するためのインタフェースである。表示部２４０は、測定部１１１により求めれられた被検眼の光学特性を、上記座標設定部により形成された座標系との関係で表示を行う。
【００４３】
手術装置３００は、手術制御部１２１、加工部１２２、メモリ部１２３を含む。手術制御部１２１、は、加工部１２２を制御し、角膜切削等の手術の制御を行う。加工部１２２は、角膜切削等の手術のためのレーザを含む。手術メモリ部１２３は、切削に関するデータ、ノモグラム、手術計画等の手術のためのデータが記憶されている。
【００４４】
つぎに、本発明の関する眼特性測定装置による座標の決定についてのフローチャートを説明する。
図５は、本発明に関する眼光学特性測定装置の動作を示すフローチャートである。また、図６及び図７に、眼特性測定についての説明図（１）及び（２）を示す。
【００４５】
まず、第２受光部３５からの信号は、表示部２３０のモニタ画面上に前眼部像として形成される。ステップＳ１０１では、角膜の頂点反射光をアライメントターゲットにして横方向（角膜頂点と装置の光軸、ＸＹ方向）のアライメントを行い、また、Ｚアライメント装置により、縦方向（深度方向、Ｚ方向）のアライメントがなされる。
【００４６】
図８に、前眼部像の説明図を示す。図中「×」は瞳中心、「○」は角膜頂点（中心）、星マークはアライメントマーカーをそれぞれ示す。実際のアライメントマーカーは円形など別の形でも良い。瞳中心は、主に、手術装置の原点として扱われる。角膜中心（頂点）は、主に、ＣＣＤ又は機械の中心として扱われる。図示のように、ステップＳ１０１では、プラチドリング１の像に加え、第２光源部３１からの光が被検眼角膜頂点付近で輝点として現れる。その被検眼前眼部像を観察しながら、眼光学特性測定装置を被検眼に対してＸＹ方向のアライメントを行い、このときＺ方向のアライメントも調整用光学系５０より行う。
【００４７】
つぎに、第１測定系においては、ステップＳ１０３では、ハルトマン像についての第１受光信号を低ノイズのＣＣＤ等の第１受光部２３を使って取り込み、画像処理の手法によりハルトマン像の各スポットの重心を求める。求められた重心は、画像認識や計算幾何の手法を使って参照点との対応をがとられる。ここまでの処理は、第１受光部２３により第１座標系で処理される（図６（Ａ）上図参照）。
【００４８】
一方、第２測定系においては、ステップＳ１９１で示すように、第１受光信号の取り込みとほぼ同時に、第２受光部３５により前眼部像についての第２受光信号の取り込みも行われる。第２受光信号の取り込み後、角膜頂点反射の輝点にほぼ同心に写っているリング像の位置を画像処理の手法を使って解析する。リングの位置は、例えば円周上３６０度にわたって、２５６点程度取得される。
【００４９】
つぎに、ステップＳ１９２では、角膜測定座標系を設定する。角膜頂点位置は測定装置の光軸からずれていることがあるので、得られたリング像の位置を、角膜頂点を原点とし、第２受光部３５のＣＣＤのピクセル数を光学系の倍率を考慮に入れ、実際の距離に直した座標系上の値に変換する。この角膜測定用の座標系を第２座標系と呼ぶことにする（図６（Ｂ）上図参照）。ステップＳ１９３では、ステップＳ１９１で得られたリングの位置から、ステップＳ１９２で計算された第２座標系を用いて角膜の傾斜を計算する。
【００５０】
ステップＳ１０５では、こうして第１及び第２座標系で測定されたハルトマン像及び前眼部像をそれぞれ瞳中心を原点とする基準座標系に変換する（図６（Ａ）、（Ｂ）下図参照）。
【００５１】
ステップＳ１０５では、第１測定系については、第１受光部２３から得られたハルトマン波面センサーイメージ上での瞳エッジを画像処理により得ることができる。ここで、得られた瞳のエッジは、収差の影響を受けた、ゆがんだものになっているので、演算部２１０は、ステップＳ１０３で先に求めた、ハルトマンの点像と参照点の関係から、瞳のエッジの形状を修正する。たとえば、演算部２１０は、修正用の関数を、ハルトマン波面センサーから波面収差を求めるときと同様に、最小二乗近似で求め、ハルトマン波面センサーイメージ上での瞳のエッジの位置をいま求めた関数に入力して、正しい瞳のエッジの位置を計算する。また、演算部２１０は、瞳のエッジの正しい位置が求まれば、瞳内部の画素を１として、外部は０として、重心を求めることにより、ＣＣＤ座標系での瞳中心の位置を求める。例えば、円又は隋円の中心を重心とすることができる。こうして、図６（Ａ）上図に示すように瞳中心（Ｘ印）が測定される。第１座標系から新しく定義する基準座標系への変換は、瞳中心へ基準座標に原点を移動することと、光学系の倍率により、ＣＣＤのピクセル数を実際の距離に直すことで行われる。
【００５２】
また、ステップＳ１０５では、第２測定系については、演算部２１０は、第２受光部３５から得られステップＳ１９２の処理で設定された角膜測定用の座標系、つまり、第２座標系からも、画像処理により瞳のエッジを求め、第２座標系での瞳中心位置を計算する。こうして、瞳中心（Ｘ印）が求まり、図６（Ｂ）上図が測定される。このとき、第２座標系から基準座標系への変換は、瞳中心の移動である。円錐角膜などの異常眼の測定の際に、ハルトマン波面センサーイメージで瞳エッジが一部欠けてしまった場合には、欠けた部分を推定するなどしてその重心を求めることにより対応できる。
【００５３】
このようにして、第１座標系から変換された基準座標系と、第２座標系から変換された基準座標系は、原理的に同じ基準座標系になる（図６（Ａ）（Ｂ）の各下図参照）。
【００５４】
つぎに、第１又は第２受光信号に基づき光学特性が求められる（Ｓ１０９）。ここで、光学特性とは、例えば、収差（角膜、眼内、眼）屈折力、角膜形状などである。すなわち、ステップＳ１０９では、演算部２１０は、第１測定系については、ハルトマン波面センサーの測定原理によって光学特性を計算する。これによって得られるのは眼球光学系の波面収差（眼球波面収差）である（図７（Ａ）参照）。また、第２測定系については、角膜の傾きが得られているので、演算部２１０により、これから角膜の高さを計算して、角膜を光学レンズと同様に扱うことにより光学特性が計算される。こちらで得られるのは角膜で発生する波面収差（角膜波面収差）である（図７（Ｂ）参照）。
【００５５】
つぎに、測定された光学特性を表示する（Ｓ１１１）。ステップＳ１１１において、表示部２４０による光学特性の表示は、図７に示した様に、第１測定系に関する眼球波面収差マップと、第２測定系に関する角膜波面収差マップが別個に表示されるのと同時に、
（差分波面収差マップ）＝（眼球波面収差マップ）−（角膜波面収差マップ）
も表示される（図７（Ｃ）参照）。この差分波面収差マップは、光学的には、眼球光学系の角膜前面を除いた、内部の光学系の収差に対する影響を示しており、主に水晶体の屈折率分布に異常が生じるような疾患、たとえば白内障の診断に非常に役立つマップである。
【００５６】
つぎに、出力データを演算する（Ｓ１１３）。出力データとしては、例えば、基準座標系のデータ、測定データ、被検眼の収差量それ自体、光学特性データ、手術装置で切除するために必要とされるアブレーション量などを演算して求める。つぎに、これらの出力データを表示する（Ｓ１１５）。さらに、必要に応じて、これらの出力データを出力する（Ｓ１１７）。ここで、出力の形態は、例えば、次の態様がある。
【００５７】
▲１▼オフライ的な態様で、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体や、信号ライン無線ライン等のインタフェースで出力され、その後に手術が別の時期に行われる形態。
【００５８】
▲２▼出力データがオンラインで手術装置３００に信号ライン等のインタフェースで繋がっており、手術の際に連続的又は切換により被検眼の光学特性を測定するような形態。
以上のように、データ出力の後、測定が未了であれば繰り返し、終了であれば測定終了となる（Ｓ１２１）。
【００５９】
ここで、瞳のエッジをハルトマン像から得る方法について説明する。瞳のエッジをハルトマン像から得るための第１の方法としては、ハルトマンスポットの外接する多角形や、それに近い楕円をなどを得ることで、瞳のエッジを求めることができる。第２の方法としては、目からの散乱成分による影響のため、または、ハルトマンプレートが回折光学素子で０次光が透過するために、ハルトマン像の瞳に対応する部分が、それより外のバックグラウンドよりも明るくなっていることを利用するものである。よって、この明るい部分のエッジを検出すれば、瞳のエッジ部分を検出することができる。
【００６０】
図９に、瞳エッジをハルトマン像から得るための説明図を示す。図９（Ａ）は、測定されたハルトマン像の一例である。これを図９（Ｂ）のように、あるラインにそって予め定められた閾値で測定されたハルトマンスポットの明るさと比較する。つぎに、図９（Ｃ）のように、ハルトマン像全体にわたりこの処理を行うと、瞳のエッジを検出することができる。
【００６１】
なお、特徴部分を含む被検眼前眼部の像を示す第２受光信号に含まれる特徴信号を利用して、座標原点及び軸方向を決定し、基準座標系を設定することができる。ここで、被検眼前眼部の特徴部分として、例えば、瞳位置、虹彩位置、虹彩の模様、瞳の形状、リンバス形状、被検眼前眼部に形成されたマーカー（マーカーがある場合）等が挙げられる。基準座標系は、手術装置３００で用いられる座標原点とすることがより望ましく、例えば、被検眼瞳位置、被検眼の虹彩位置、瞳の形状、リンバス形状、被検眼の虹彩の模様（虹彩紋理）等から、求められる。座標原点としては、瞳中心や角膜中心などが考えられる。座標軸は、マーカーが形成されている場合、例えば、マーカーと瞳中心を通る直線とすることで設定することができる。座標回転・移動は、マーカーが形成されている場合、例えば、マーカーの回転・移動により測定することができる。
【００６２】
また、マーカー以外にも、瞳虹彩の模様（虹彩紋理）により座標軸及び回転（サイクロトーション）を測定することができる。ここで、図１０に、座標軸・回転の測定に関する説明図を示す。まず、図１０（ａ）に示すように、例えば、瞳中心を中心にした輪帯上で反射強度等によりパターンを解析する。すると、図１０（ｂ）に示すように、角度に対する反射強度のパターンが作成される。このパターンにより、座標軸を設定することができる。また、この解析されたパターンを周上でマッチングさせ、座標回転を測定することができる。すなわち、眼が回転（サイクロトーション）すると、このような強度のグラフは回転角度だけ横ずれする。その横ずれの量は、各測定値と基準グラフの相関の最も大きい角度で求めることができる。
【００６３】
図１１に、瞳中心計算又は測定輪帯測定を行うためのフローチャートを示す。
まず、座標原点を決定するため、瞳中心の計算する（瞳のエッジ全周から簡単に求まる。）（Ｓ５０１）。つぎに、測定輪帯を決定する（例えば、瞳孔径より＋０。５  ｍｍ）。エッジにかかったら、所定長、例えば＋０。１  ｍｍづつ増やす（Ｓ５０３）。つぎに、座標軸を決定するため、被検眼の特徴部分に基づき、角度を決定する（Ｓ５０５）。つぎに、円周方向の強度分布を記録する（Ｓ５０７）。つぎに、強度分布のデータをハードディスク（ＨＤ）等に保存するとともに、瞳孔径も保存する（Ｓ５０９）。
【００６４】
ここで、図１２に、測定座標系と基準座標系との差を確認するためのフローチャートを示す。これは、ステップＳ２０７の詳細フローチャートであり、瞳中心計算、測定輪帯測定などを相関処理して、合致した座標位置を求めるものである。
まず、保存してあった基準グラフデータＯ（θ）と瞳径をハードディスク（ＨＤ）等のメモリ２４０から読み込む（Ｓ７０１）。この基準グラフデータＯ（θ）は、例えば、図１０で示した輪帯上の強度分布を用いることができる。つぎに、読み取ったデジタルに基づき瞳中心を求める（Ｓ７０３）。つぎに、瞳径を測り、基準グラフデータＯ（θ）を得たときの瞳径と違ったら明るさを調整する（Ｓ７０５）。つぎに、基準グラフデータと同様に、測定されたグラフデータＦ（θ）、例えば輪帯上の強度分布を測定する（Ｓ７０７）。つぎに、今回の測定されたグラフデータＦ（θ）と基準グラフデータＯ（θ）の相関が最も高くなるような、角度Ａ回転した測定されたグラフデータＦ（θ−Ａ）を求める（Ｓ７０９）。こうして、測定時より眼が角度Ａ廻旋していることがわかる（Ｓ７１１）。
【００６５】
次に本発明の変形例について説明する。
上述した実施の形態において、第２測定系では、前眼部の観察及び角膜形状の測定をする説明を行っていたが、第２測定系による前眼部の観察により位置合わせだけを行い、角膜形状の測定に関する構成を省略することも可能である。この場合、第２測定系を用いて、被測定眼を所定の位置に位置合わせを行う。次に第１測定系の第１受光部から第１受光信号を経て、第２測定系の第２受光部から第２受光信号を得る。演算部においては、第１受光信号及び／又は第２受光信号に基づき座標軸の関係付け（座標原点位置、座標軸の回転及び／又は移動）を行い、第１測定系から得られる第１光学特性を所望の座標系として出力することができる。具体的な一例として、第１測定系と第２測定系の光軸を一致させて構成しておき、第２測定系では、前眼部像に現れる角膜頂点の輝点を用いて被測定眼を所定の位置に位置合わせを行う。次に第１測定系の第１受光部がら第１受光信号を経て、第２測定系の第２受光部から第２受光信号を得る。そして、演算部においては、第１受光信号及び／又は第２受光信号に基づき座標軸の関係付け（座標原点位置、座標軸の回転及び／又は移動）を行い、第１測定系から得られる第１光学特性を瞳中心の座標系として出力することができる。
【００６６】
この例では、第２測定系を用いて角膜頂点の輝点を利用して被検眼の位置合わせを行い、各受光信号を経て、演算部が第１測定系から得られる第１光学特性を瞳中心の座標系に変換するものである。これにより、第１光学特性のデータが瞳中心の座標系として利用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、第１受光部から得られる被検眼の収差や屈折力データと、第２受光部から得られる被検眼角膜データとを精密に重ね合わせが可能なように関連付ける眼光学特性測定装置を提供することができる。また、本発明によると、両者の瞳を画像的に比較して、位置を合致させることにより、アライメント系と同じ画像を利用した角膜形状測定と波面測定の座標をあわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する眼光学特性測定装置の概略光学系１００を示す図。
【図２】プラチドリングの構成図。
【図３】本発明に関する眼光学特性測定装置の概略電気系２００を示すブロック図。
【図４】本発明の眼特性測定装置の演算部に関する詳細構成図。
【図５】本発明に関する眼光学特性測定装置の動作を示すフローチャート。
【図６】眼特性測定についての説明図（１）。
【図７】眼特性測定についての説明図（２）。
【図８】前眼部像の説明図。
【図９】瞳エッジをハルトマン像から得るための説明図。
【図１０】座標軸・回転の測定に関する説明図。
【図１１】瞳中心計算又は測定輪帯測定を行うためのフローチャート。
【図１２】測定座標系と基準座標系との差を確認するためのフローチャート。
【符号の説明】
１０  第１照明光学系
１１、３１、５１、５５  第１〜４光源部
１２、３２、３４、４４、５２、５３  集光レンズ
２０  第１受光光学系
２１  コリメートレンズ
２２  ハルトマン板
２３、３５、５４  第１〜３受光部
３０  第２受光光学系
３３、４３、４５  ビームスプリッター
４０  共通光学系
４２  アフォーカルレンズ
５０  調整用光学系
６０  被測定眼
７０  第２照明光学系
７１  プラチドリング
８０  第２送光光学系
１００  眼特性測定装置の光学系
１１１  測定部
１１２  座標設定部
１１３  アライメント制御部
１１４  マーカー設置部
１１５  入出力部
１１６  変換部
１２１  手術制御部
１２２  加工部
１２３  メモリ部
２００  眼特性測定装置の電気系
２３０  表示部
３００  手術装置
【図１】
0004663147.tif 000002
【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】
0004663147.tif 000008
【図８】
0004663147.tif 000009
【図９】
0004663147.tif 000010
【図１０】
0004663147.tif 000011
【図１１】
0004663147.tif 000012
【図１２】
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