(57)【要約】【課題】操作桿の下部の構造を簡素化し検眼光学系の位置合わせ機構を電動化するため、操作性の良い制御量を発生させるための操作桿を提供すること。【解決手段】被検眼の一部を撮影又は計測する検眼手段と、該検眼手段を被検眼に対して３次元方向に位置合わせする位置合わせ手段と、操作桿の傾斜することで該位置合わせ手段を操作する操作手段を有する眼科装置において、該操作桿に角速度を検知する検知手段を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検眼の一部を撮影又は計測する検眼手段と、該検眼手段を被検眼に対して３次元方向に位置合わせする位置合わせ手段と、操作桿の傾斜することで該位置合わせ手段を操作する操作手段を有する眼科装置において、該操作桿に角速度を検知する検知手段を有する眼科装置。
【請求項２】
前記検知手段の出力信号を元に前記位置合わせ手段を駆動させる駆動手段を有することを特徴とする第１項記載の眼科装置。
【請求項３】
前記検知手段とは別に該操作桿の傾斜される傾斜量を検知する第二の検知手段を有することを特徴とする第２項記載の眼科装置。
【請求項４】
前記第二の検知手段は発光素子の反射光量を受光して傾斜量を検出する検知手段である第１項記載の眼科装置。
【請求項５】
前記第二の検知手段は静電容量を検出して傾斜量を検出する検知手段である第１項記載の眼科装置。
【請求項６】
前記第二の検知手段は磁気を検出して傾斜量を検出する検知手段である第１項記載の眼科装置。
【請求項７】
前記第一の検知手段により検知量に応じて、前記検眼手段の粗アライメントの駆動速度を決定し、前記第二の検知手段により前記検眼手段の微アライメントの駆動速度を決定する制御手段を有する第３項記載の眼科装置。
【請求項８】
前記第一の検知手段により単位時間あたりの角速度の累積値より、前記検眼手段の移動量を決定する制御手段を有する第２項記載の眼科装置。
【請求項９】
前記第二の検知手段の検知信号が初期状態になったとき前記検眼手段の駆動を停止させる制御手段を有する第３項記載の眼科装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
眼科装置において被検眼に対し検眼部を位置合わせするために操作する操作桿に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の眼科装置は、被検者の顔を支持する顔受け、被検眼を撮影、観察及び測定するための検眼光学系、この検眼光学系を上下、左右及び前後方向に位置合わせさせる位置合わせ機構（アライメント機構）、この位置合わせ機構を操作する操作桿（ジョイスティック）、検眼光学系が検眼した被検眼像を表示する表示装置などを備えている。これはメカニカル式であるため操作桿の移動量がそのまま検眼光学系の移動量に相当する。検眼光学系を早く移動させたい時は粗動という操作で操作桿ごと可動台を移動させるものと、検眼光学系を微妙に位置合わせしたい時は、微動という操作で操作桿の傾斜量だけ可動台をさせる構造になっている。
【０００３】
また、上記位置合わせ機構にモーター等の駆動デバイスを組み込み操作桿や操作デバイス（トラックボールなど）の操作量に応じて、検眼部を駆動させ、位置合わせする眼科装置などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−３１０７２のようなメカニカル式の位置合わせ機構では、操作桿の下部の摺動子と固定側のプレートの摩擦力で操作性がされるため、品質が保たれず、機体間でばらつきが発生したり、耐久性を損なうなどの問題点があった。また、検眼光学系を上下に移動させるためのギヤや測定開始スイッチ等の配線の断線対策で複雑な構成になってしまっていた。また、メカニカル式の位置合わせ機構は操作者に使い勝手の慣れた操作性ではあるものの、被検眼に対する位置合わせを自動で行なうオートアライメント駆動と併用する移動機構では、可動台の上にさらに別の上下、左右、前後の３方向に駆動させる駆動機構を配備する複雑な構造になっている。
【０００５】
特開平８−１２６６１１のように操作桿にポテンショメータ−や操作デバイスの提案もなされている。しかし、操作速度に応じた検眼光学系の移動はできるが、オートアライメントの検出範囲に追い込むだけの比較的簡単な操作には支障はないが、微妙な位置合わせを電動駆動で行ないたい場合には上述した微動、粗動を区別する操作ができなく操作性が完全ではない。
【０００６】
また、特開２００２−１０９７９にあるような、ポインティングデバイスを使って、オートアライメントの検知ができる場合とできない場合で駆動制御を変える方法も提案されているが、操作者の意図にかかわらず、駆動制御が変わってしまって違和感を感じる場合がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、操作桿の下部の構造を簡素化し検眼光学系の位置合わせ機構を電動化するため、操作性の良い制御量を発生させるための操作桿を提案する。本発明の目的を達成するために被検眼の一部を撮影又は計測する検眼手段と、該検眼手段を被検眼に対して３次元方向に位置合わせする位置合わせ手段と、操作桿の傾斜することで該位置合わせ手段を操作する操作手段を有する眼科装置において、該操作桿に角速度を検知する検知手段を有する眼科装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１は、オートレフの外観図を示すものである。検眼部１は固定部２の上に搭載され、固定部２の操作側には測定値や被検眼の観察像が表示される表示装置３と検眼部１を被検眼に対し上下、左右、前後に移動できるように操作できる操作桿４が配置されている。被検者側には顔受け台５が配置されている。
【０００９】
操作桿４を詳細に示したのが図２である。図２において、操作桿４の最下部にはベース１０が配置され、その上には操作桿４を傾斜させる時の支点を中心とした鋼球１１が、鋼球受け１２ａ、１２ｂに挟まれている。鋼球受け１２ｂは、ベース１０に固定され、鋼球受け１２ａは、鋼球押え部材１３によって押えられている。鋼球押え部材１３は、上下方向に位置調整できるので、鋼球受け１２ａの鋼球１１への押え力を調整できるようになっている。鋼球１１の表面は研磨された球面でできており、鋼球１１は鋼球受け１２ａ、１２ｂの受け面に対して、引っかかりなく、滑らかに回転できる用になっている。また、鋼球１１には溝１１ａが形成され、ベース１０に圧入されかつ鋼球１１の中心に向かって配置されたピン１０ａと勘合されている。したがって、鋼球１１は、溝１１ａに沿っての回転と、ピン１０ａの軸に対しての回転と、この二つの規制された経線方向に回転できるようになっている。さらに鋼球１１は鉛直方向に軸１４が固定される貫通穴があいている。軸１４は鋼球１１に対して回転できないように固定され、内部は信号線１５を通すため管状になっている。軸１４の頂点には、角速度センサー１６とスイッチ１７及び周辺回路が配置された電子基板１８が固定されている。図３にその詳細図を示す。角速度センサー１６はＩＣチップ内に振動素子と加速度センサーと演算回路から構成されている。振動素子を振動させておき、この状態でＩＣチップが回転するとコリオリの力が発生する。集積した加速度センサーでこのコリオリの力を検出し、演算処理することで角速度を求めるようになっている。この角速度瀬センサー１６は電子基板１８に垂直に立てられ、互いに直角なる用に配置されている。角速度センサー１６ａは、被検眼に対して左右方向に操作されるとコリオリの力が発生し、角速度センサー１６ｂは、は被検眼に対して前後方向に操作されるとコリオリの力が発生するようになっている。また、電子基板１８にはスイッチ１７が配置されている。このスイッチ１７は、検眼部の測定や撮影の開始や各種設定の許可や選択のために使われる。キートップ１９が押されると、ＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。スイッチ１７には復帰バネが内臓され、指を離すとキートップ１９は元の位置に戻るようになっている。図２に戻って、電子基板１８とキートップ１９はケース２０に保持され、ケース２０は上下２箇所にベアリング２１ａ、２１ｂの内輪が圧入されている。また、ケース２０は軸１４に回転できないようにしっかり固定されている。ベアリング２１ａ、２１ｂの外輪はロータリーケース２２にはめ込まれている。したがってロータリーグリップ２２は軸１４に対して回転できるようになっている。また、ロータリーグリップ２２の下部にはフォトスリットエンコーダ円盤２３が固定されている。放射状にスリットが刻まれたフォトスリットエンコーダ円盤２３はロータリーグリップ２２とともに回転し、ケース２０に固定されたフォトインターラプタ２４がパルス状の波形を検出して、信号線１５に波形を送るようになっている。このフォトインターラプタ２４は２対の発光部と受光部が内蔵され、パルス位相のずれた位置に配置されているので、パルス波形の位相ズレの幅から回転速度を検出することができる。またロータリーグリップ２２の下部には、回転しない固定ケース２５が軸１４に固定されている。
【００１０】
このような構成の操作桿４は、操作者の操作によって被検眼に対して前後左右斜め方向に初期状態から各方向に±４５度程度まで操作できるようになっている。
【００１１】
図４は、オートレフの駆動システムの模式図である。オートレフの検眼光学系が配置された検眼部３０は、被検眼に対して位置合わせできる駆動部３１によって上下、左右前後の位置合わせが可能になっている。図４の検眼部３０は上下駆動部３２によって上下方向に駆動できるようになっている。また検眼部３０を含む上下駆動部３２は、前後駆動部３３によって被検眼に対して前後方向に駆動できるようになっている。さらに、検眼部３０、上下駆動部３２を含む前後駆動部は、左右駆動部３４によって被検眼両眼の位置まで位置合わせできるように左右方向に駆動するようになっている。詳細な駆動機構に関しては、特開２００１−３０９８８８など知られているため、詳細説明は省略する。
【００１２】
上下駆動部３２、前後駆動部３３、左右駆動部３４のそれぞれの駆動モーターは、駆動回路３５を介してＭＰＵ３６からの駆動信号によって駆動される。また、検眼部への測定光や固視票照明、前眼部照明の光源点灯は、ＤＡコンバーター３７を介してＭＰＵ３６からの制御信号により行なわれる。また、被検眼の屈折度を検出するための眼底反射像は検眼部３０内のＣＣＤカメラより、映像信号をフレームグラバー３８に取り込み、ＭＰＵ３６により演算処理され、測定値を算出する。また、前眼部観察画像は、検眼部３０内のＣＣＤカメラより映像信号がフレームグラバー３８をスルーしてＣＲＴモニターや液晶モニターなどの表示装置３９で表示されるようになっている。
【００１３】
前述した操作桿ユニットからは、マニュアル測定の測定トリガーの信号と角速度センサーの信号がＭＰＵ３６に入力される。さらに上下方向に駆動させるための上述したロータリーグリップ２２の回転によるパルス信号がＭＰＵ３６に入力される。
【００１４】
このようにシステム構成において、操作桿４を前後左右方向に操作すると角速度センサーは、図５のようになる。図５のグラフは横軸に傾斜角θと縦軸に角速度ωを示す。角傾斜角と角速度は反対方向に移動させるとマイナス出力が発生するが、ここでは絶対値で表示させている。図５（１）は、操作桿４の操作のしかたにより、異なる波形を示している。操作桿４を最初に速く操作させ、その後はゆっくり操作させた場合の波形が波形ａであり、操作桿４を最初はゆっくり操作し徐々に加速させ急に止めた場合の波形が波形ｂであり、ほぼゆっくり等速で移動させた場合の波形が波形ｃである。角速度ωの所定レベルω０を超えると操作桿が操作されたこと認識して駆動部の駆動開始を制御し、角速度ωが所定レベルω０より下がった時点で操作桿の操作が終了したと判断し、駆動を停止させる。所定レベル以下で操作している時は、駆動させないようにする。したがって、倒れた操作桿４を元に位置に戻す時はゆっくり戻すと、検眼部の位置がずれなくてすむ。また駆動制御信号は所定時間あたりの角速度に応じて、駆動部の駆動速度を変化させることで、操作桿４の操作に応じた検眼部の移動が行なえる。また検眼部の移動量は図５（２）の面積Ｓに相当する。
【００１５】
さらに、角速度センサーは、操作桿４を被検眼に対し前後、左右に倒すと検出できるが、前後左右の斜め方向に対しても前後、左右のそれぞれの方向成分が検出されるので、駆動部へフィードバックできる。反対方向はマイナス出力の場合に適用すればよい。このようの角速度センサーは、操作者の操作状態を検出できるので、この情報を基に検眼部を移動させる駆動信号にフィードバックすることで、操作者が感覚的に操作している状態を駆動部に伝達することができる。
【００１６】
比較的アライメント精度がラフな場合、即ち、被検眼と検眼部１の位置合わせを高精度に位置合わせしなくても良い場合は、上述した角速度センサーの検出出力に基づいた駆動制御だけで成り立つが、アライメント精度が厳しい検眼装置やオートアライメントできない検眼装置では、微妙な位置合わせが必要になる。この場合は角速度センサーの他に操作桿の傾斜量を検出する別の検出手段を配置するとさらに良い。第二の実施例はこの傾斜量の検出手段を有する眼底カメラを例として説明する。
【００１７】
図６は眼底カメラの外観図を示す。撮影部４０は駆動部４１の上部に配置し、上下、前後左右に移動できるようになっている。駆動部４１は、撮影部４０を上下方向に移動させる上下駆動部４２と、撮影部４０を含む上下駆動部４２を前後に駆動させる前後駆動部４３と、撮影部４０、上下駆動部４２を含む前後駆動部４３を両眼撮影できる距離の移動ができる左右駆動部４４から構成されている。左右駆動部４４は固定ベース４５に対して移動し、固定ベース４５には被検者の顔を固定する顔受けユニット４６が固定されている。操作者側には、撮影するための被検眼観察像と撮影結果を表示する液晶表示装置４７と固定ベース４５には操作桿４８が配置されている。
【００１８】
次に操作桿４８について説明する。図７は、第一の実施例で説明した操作桿に、傾斜量を検出するセンサーを配置したものである。同じ部材には同じ符号を記してある。軸１４には傾斜量を検出する検出センサー４９を４ヶ所に配置したセンサー基板５０が固定されている。図８のように左右前後それぞれの方向に位置するよう配置されている。検出センサー４９の下部には、検出センサー４９に対向した部材５１が配置されている。また、鋼球１１の軸１４の下部には復帰バネ５２が挿入されている。復帰バネ５２の端部は片側が鋼球１１に差し込まれ、反対端は、ベース１０の突起支柱１０ｂに固定されている。したがって操作桿４８が操作者によって傾動され、手を離すと、操作桿が鉛直方向に立った（傾いていない状態）復帰するようになっている。
【００１９】
傾斜量を検出する検出センサーには３種類が考えられる。まず第一に光検出素子を使った検出センサーである。この場合、検出センサー４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄはそれぞれ一対の発光素子と受光素子からなっている。また、部材５１は、光束反射板として配置されている。発光素子は近赤外ＬＥＤからなり発光された光束が反射板５１に反射されて受光素子に検出されるようになっている。操作者によって傾動されると発光された光束は反射板で反射しれたのち受光素子への受光量が少なくなる。図９は、操作桿が傾斜する時に検出センサー４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄに受光される受光量を示したグラフである。横軸は、傾斜傾き角θであり、縦軸は受光量ｅで表されている。傾かないθ＝０の時、受光量は最大となり、傾き量が大きくなると受光量は減少する関係になる。検出センサー４９ａのグラフには検出センサー４９ａと反射板が離れる最大特性Δｅｍａｘと、検出センサー４９ａと反射板が近づく最小特性Δｅｍｉｎが示されている。操作者が操作桿を操作して傾かせ、所定時間に検出センサーの光量変化がない場合や、傾き操作が終了し、手を離した場合、復帰バネ５２で初期位置に戻る場合でも、所定クロックで常に検出センサーの受光量Δｅをチェックされるようになっている。４ヶ所のうち最大Δｅと最小Δｅの差が傾斜量を決めるパラメータとなる。また、左右方向であれば、４９ａと４９ｃのΔｅの差と前後方向であれば４９ｂと４９ｄのΔｅの差が正か負で前後左右の傾斜方向の成分が求められ駆動すべき方向が求められる。上述した説明の光量変化を検出するのは光検出素子の検出センサーで行なわれるが、受光量から傾斜量や傾斜方向を逐次検出するのは図４で説明されたＭＰＵ３６で行なわれる。
【００２０】
このように傾斜量と傾斜方向が求められ、かつ、第一実施例で説明した角速度が算出された場合、駆動部４１への駆動指令は次のようになる。駆動モーターがパルスモーターの場合は、角速度の最大値を駆動最高速度として傾斜量分だけ駆動パルスを発生するように制御される。そこで操作者の手が離れ検出センサー４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄが初期状態に戻ると、操作者は操作を終了したと判断し駆動モーターを停止させる制御を行なう。また、傾斜方向が求められると、その方向だけ駆動モーターが角速度の最大値を駆動最高速度として駆動される。さらに角速度の検出値により駆動速度が決定され、傾斜量分の駆動をさせた後、角速度が所定レベル以下でも傾斜量が検出されている場合は、操作者が操作桿を傾かせたままの状態でいる。この場合は、最後に検出された角速度に対する駆動速度で撮影部４０を駆動し続けるように駆動制御される。したがって、撮影部４０を大きく移動したい場合は、操作桿をすばやく傾けたままの状態にすると良い。機械式の可動台と操作桿の構成では、重たい可動台を押す操作になるが、本発明の場合は、復帰バネ５２に耐えうる操作力だけで同様な、撮影部４０の移動が行なえる。また角速度センサーが所定レベル以下で検出ができなくても、傾斜量が検出された場合は最低速度で撮影部４０を傾斜方向に移動できるのように駆動制御される。したがって、操作桿４８の微妙な操作も検出ができ、機械式の可動台と操作桿の構成同様に撮影部４０を微妙な位置合わせができる。しかも、摺動子による摩擦力が発生しないので耐久性も優れた実施形態になっている。
【００２１】
このような構成の操作桿で電動駆動できる眼底カメラでは、撮影のためのアライメント時に角膜反射像の輝点を確認し位置合わせを行いつつ、眼底像のフォーカス調整を行なう場合は微妙なアライメント操作が必要となる。このような状態でも、本発明の操作桿を使用することで、位置合わせし易い。また、角膜反射輝点が検出されると、自動的にオートアライメントのモードに移行するシステムであっても操作桿のからの操作信号を無視し、自動的に撮影部４０を移動させる構成にできる。したがって操作性の良い手動操作による眼底撮影と自動位置合わせによる眼底撮影が同じ駆動部を使って実現できる。
【００２２】
次に上述した光検出素子の検出センサーの代わりに、静電容量センサーした形態を説明する。部材５２は反射板の代わりに金属板を配置する。操作桿が傾斜することによって静電容量センサーが金属板５２に近づくと、比誘電率によって静電容量が増加することが検知される。これをグラフ化したのが図１０である。静電容量は金属板とセンサーとの距離に反比例するので、操作桿の傾きが大きくなる（θが増加）と金属板に近づいた静電容量センサーの出力は増加する。図１０は操作桿を操作者の右手前、すなわち図８の矢印右方向と後方向の中間４５度方向に倒した場合の静電容量センサーの出力状態である。傾斜によって静電容量センサーに最も近づく特性がΔｅｍａｘで表され、最も離れる特性がΔｅｍｉｎで表される。また、所定クロックで常に検出される状態では、４ヶ所のうち最大Δｅと最小Δｅの差が傾斜量を決めるパラメータとなる。また、左右方向であれば、４９ａと４９ｃのΔｅの差と前後方向であれば４９ｂと４９ｄのΔｅの差が正か負で前後左右の傾斜方向の成分が求められ駆動すべき方向が求められる。
【００２３】
さらに検出センサーに磁力を検出するセンサーを使用することもできる。部材５２を磁石に置き換え、ホール素子を使用した磁気センサーを、光検出素子や静電容量センサーと同様にセンサー基板５０に４ヶ所に配置する。操作桿の傾きに対する検出出力は、静電容量センサーと同様に図１０のように出力される。したがって、傾斜量と傾斜方向も同様に求められる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明により操作桿の下部の構造を簡素化し検眼光学系の位置合わせ行なうために操作性の良い操作桿が実現できる。微妙な位置合わせが必要な眼科装置では、微動操作と粗動操作の２つの制御方法があり操作性が良い。オートアライメントの眼科装置でも、この操作桿を使うことで耐久性にすぐれ、操作者に負担が少なく、操作性の良い手動操作が行なえる。駆動部は、手動の位置合わせとオートアライメントの位置合わせと共用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オートレフの外観図
【図２】操作桿実施例１の説明図
【図３】操作桿内部の詳細図
【図４】操作桿と眼科装置のシステム説明図
【図５】角速度センサーの検出信号の説明図
【図６】眼底カメラの外観図
【図７】操作桿実施例２の説明図
【図８】操作桿実施例２の斜視図
【図９】光検出センサーの出力説明図
【図１０】静電容量センサー、磁気センサーの出力説明図
【符号の説明】
１  検眼部
４，４８  操作桿
１１  鋼球
１６  角速度センサー
１７  スイッチ
２３  フォトスリットエンコーダ円盤
２４  フォトインターラプタ
３１，４１  駆動部
４９  検出センサー
【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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