(57)【要約】【課題】測定エリアに対して要求される測定精度を満足する条件よりも小さな画素密度である複数の受光部を用いても、要求される測定精度を満足する測定を行う。【解決手段】第１光源部１は、眼底を照明するための光束を発光する。第１照明光学系１０は、第１光源部１からの光束を被測定眼１００の眼底上に略点像として照明する。第１受光光学系２０は、測定エリアに対して要求される測定精度を満足する画素数よりも小さな画素数である第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４を有し、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４に測定対象エリアからの光束を分割して受光するようにした。測定部は、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４からの出力に基づき、測定エリア全体の被測定眼１００の収差を測定する。【選択図】図１
2007252413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼底を照明するための光束を発光する光源部と、
上記光源部からの光束を被測定眼の眼底上に略点像として照明する照明光学系と、
測定エリアに対して要求される測定精度を満足する画素数よりも小さな画素数である複数の受光部を有し、上記複数の受光部に測定対象エリアからの光束を分割して受光するようにした受光光学系と、
上記複数の受光部からの出力に基づき、測定エリア全体の被測定眼の収差を測定する測定部と、
を備えた眼科用測定装置。
【請求項２】
上記受光光学系は、被測定眼からの反射光を複数の光路に分岐し、各光路において、上記複数の受光部が、偏心して配置されており、さらに、測定対象エリアからの光束を一部重複した状態で分割して受光できるように光束を分離する分離反射部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項３】
上記受光光学系は、被測定眼からの反射光を複数の光路に分岐し、各光路において、上記複数の受光部が、測定対象エリアからの光束を分割して受光できるように偏心して配置されてとともに、さらに、部分的に反射する分割反射部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項４】
上記複数の受光部は、互いに１画素未満量分ずれて配置されており、上記測定部は、上記複数の受光部からの出力に基づき、一つの受光部からの出力に基づくよりも高精度に収差測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項５】
上記測定部は、被測定眼測定に先立ち、模型眼などの移動しない対象物を測定対象物として、その際の上記第１及び第２の受光部の出力から、アフィン変換などの変換処理を利用して、互いの位置関係を求める校正モードを実行することを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項６】
上記測定部は、上記複数の受光部からの出力を合成して、測定エリア相当の合成画像を形成してから収差測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項７】
上記測定部は、上記複数の受光部からの出力のそれぞれから、眼底からの光の受光位置を求め、求められた受光位置から波面収差測定を行ってから、測定エリア相当の合成画像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項８】
上記測定部は、上記複数の受光部により得た複数画像を点像の位置校正をして１枚の画像に合成した後、合成された１枚の画像に基づき、波面収差を求めることを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項９】
上記測定部は、上記複数の受光部により得た複数画像に基づき、複数画像に対する複数の波面収差を求めた後、複数の波面収差の位置校正をして、１枚の画像に合成することを特徴とする請求項１記載の眼科用測定装置。
【請求項１０】
上記位置校正は、上記複数の受光部に対する複数のハルトマン板のレンズレットアレイの校正と、上記複数の受光部のＣＣＤの配置誤差の校正のいずれかひとつ又は両方を含む請求項８又は請求項９記載の眼科用測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、眼科用測定装置に係り、特に、短時間に波面測定を繰り返し行える眼科用測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の眼科光学装置において、特許文献１、２には、２つのシャックハルトマン波面センサーを用いて眼の波面収差を測定するものが開示されている。
特許文献１では、その図１２において、第１受光部と第３受光部がシャックハルトマン波面センサーに相当するが、第１受光部が角膜からの反射光束を受光して角膜形状を測定し、第３受光部は、網膜からの反射光束を受光して光学特性を測定するように対象が異なる。
特許文献２では、網膜からの反射光を低感度のシャックハルトマン波面センサーと高感度のシャックハルトマン波面センサーとで受光する構成が開示されている。ここでは、２台のシャックハルトマン波面センサーは、感度に差を持たせたものであり、高速撮影を意図したものではない。
また、特許文献３は、第一カメラの不感時間の開始時点と第二カメラの不感時間の終了時点とを同期させ、第一発光の発光開始時点を第一カメラの不感時間の開始直前とし、一方、第二発光の発光開始時点を第一カメラの不感時間内であって第二カメラの不感時間の終了後とする、高速度連続撮影システムが開示されている。
特許文献４は、複数の光ビームを発生させる光源と、対象となる光学システム内の異なる位置に光ビームを投射する光学イメージングシステムとこれらの異なる位置のそれぞれから散乱光を受け取り、散乱光の個々の波面を検出する波面センサーとを備えた、３次元構造の収差を測定するためのシステムが開示されている。
さらに、特許文献５は、投影光学システムと眼との間に位置決めされ、眼の収差に関して被測定眼に入射する光ビームを補償する前補正システムによって、視覚システムの端から端までの収差解析を可能とした、波面センサーのためのダイナミックレンジ拡大技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３７５２０号公報
【特許文献２】特開２００４−８１７２５号公報
【特許文献３】特開２００５−２７５３０５号公報
【特許文献４】特表２００５−５０６１０７号公報
【特許文献５】特表２００４−５００１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測定される眼の収差は、眼球運動により、変動する。また、角膜上の涙液も時間変化しており、これもまた収差の変化の原因となる。さらに、水晶体は、近くや遠くのものをみるときに、距離に応じて調節をしており、これによっても収差が変化する。  この変化にはいろいろな周波数成分があるが、おおむね最大周波数で２０Ｈｚ程度であろうと考えられている。サンプリング定理を考えると、時間方向の測定回数としては、例えば、秒間４０回以上測定することが必要になり眼の収差の高速測定の必要性が高まってきている。
シャックハルトマン波面センサーでは、画像を取り込むためにＣＣＤを利用する。ここで使われるＣＣＤは、弱い光を低ノイズで取り込むことのできる仕様が要求される。シャックハルトマン波面センサーは、例えば、２次元に配列されたレンズレットを持つレンズレットアレイ（レンズレットアレイは、たとえば０．２ｍｍ角程度の小レンズからなる）と、典型的には１０００×１０００ピクセルのディジタルＣＣＤで構成されている。シャックハルトマン波面センサーを用いた波面収差測定では、１０００×１０００程度のノイズの少ないディジタルＣＣＤで測定すると精度良く、測定することができる。
【０００５】
しかしながら、このような仕様のＣＣＤの場合、露光後にＣＣＤに蓄えられた電荷を読み出す時間があまり高速にできない、という性能上の限界があることが考えられる。例えば、１０００×１０００程度のディジタルＣＣＤの場合、現在繰り返し測定回数は秒間２０回程度である。これは、露光時間と画像データの読み出し時間の合計で決まってしまっている。画像データの読み出しに必要な時間は下記のようにして決まる。１画素単位の読み出し速度は、測定用では、例えば、約６６ＭＨｚ程度が現在のところ典型的である。例えば、１０００×１０００のＣＣＤ、つまり１００万画素ＣＣＤは本当の画素数は１２８０×１０２４であるので、次式のように、読み出し時間は、約２０ｍｓ程度である。
（１画面を読み出すためにかかる時間）＝１２８０×１０２４／６６００００００
＝０．０１９８５９
つまり、２０ｍｓ程度の露光を加えると、この読み出し時間との合計で４０ｍｓ程度の時間が１画像あたりかかり、約２５  ｆｒａｍｅｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ（ＦＰＳ）での情報の取り込みとなる。さらに、露光時間を減らす努力をして、ほとんど露光時間を０にしても、５０ＦＰＳ程度までしか取り込み回数が増加しないことが想定される。このように、露光時間にくらべてデータ転送時間が長いこのようなＣＣＤでは、露光時間を短くしても、１秒当たりに得られる画像数あまり多くならない。
本発明は、以上の点に鑑み、測定エリアに対して要求される測定精度を満足する条件よりも小さな画素密度である複数の受光部を用いても、要求される測定精度を満足する測定を行う眼科用測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、特に、画像数を増やすために、複数、とくに４台のシャックハルトマン波面センサーを利用し、４台の画素数の少ないＣＣＤを使うことにより、収差測定の性能を落とすことなく、読み込み時間を短縮し、より多くの画像を単位時間に取り込める眼科用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】
本発明の第１の解決手段によると、
眼底を照明するための光束を発光する光源部と、
上記光源部からの光束を被測定眼の眼底上に略点像として照明する照明光学系と、
測定エリアに対して要求される測定精度を満足する画素数よりも小さな画素数である複数の受光部を有し、上記複数の受光部に測定対象エリアからの光束を分割して受光するようにした受光光学系と、
上記複数の受光部からの出力に基づき、測定エリア全体の被測定眼の波面収差を測定する測定部と、
を備えた眼科用測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
従来では、もともと必要なＣＣＤの画素数が１０００×１０００画素程度だったが、本発明では、例えば、ＶＧＡレベルの６４０×４８０のＣＣＤ４台で、同等の精度で高速なセンサーが実現できる。さらに、本発明では、現状、ＣＣＤの画素数が１０００×１０００画素程度ではデータの読み出しに２０ｍｓ程度かかっているところを、同じデータ量及びピクセルクロックで５ｍｓ程度で読み出すことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
１．装置構成
１．１  光学系
１．１．１  第１の実施の形態（ハーフミラータイプ）
図１に、ミラーにハーフミラーを使うタイプの光学系の図を示す。
本装置は、第１光源部１と、第１照明光学系１０と、第１受光光学系２０と、前眼部観察部３０と、前眼部照明部４０と、視標光学部５０とを備え、被測定眼１００を測定する。
第１光源部１は、所定のタイミングで光を発光し、第１波長の光束を発する。第１光源部１は、空間コヒーレンスが高く、時間コヒーレンスは高くないものが望ましい。ここでは、一例として、第１光源部１には、ＳＬＤ（スーパールミネセンスダイオード）が採用されており、輝度が高い点光源を得ることができる。なお、第１光源部１は、ＳＬＤに限られるものではなく、レーザーの様に空間、時間ともコヒーレンスが高いものでも、回転拡散板などを挿入することにより、適度に時間コヒーレンスを下げることで利用できる。そして、ＬＥＤの様に、空間、時間ともコヒーレンスが高くないものでも、光量さえ充分であれば、ピンホール等を光路の光源の位置に挿入することで、使用可能になる。また、照明用の第１光源部１の波長は、例えば、近赤外光（８４０ｎｍ程度）又は赤外域の波長（例、７８０ｎｍ）を使用することができる。
【０００９】
第１照明光学系１０は、例えば、調節部１１、ビームスプリッタ１２、集光レンズ、対物レンズやシリンダーレンズ及び／又はリレーレンズ等のレンズを備える。第１照明光学系１０は、第１光源１からの光束を被測定眼１００の眼底上に略点像として照明する。調節部１１は、被測定眼１００の球面度に応じて、屋根状のミラーが移動して、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４に、焦点のあった点像ができるよう調節する。ビームスプリッター（Ｂ２）１２は、可視光は反射であると同時に、波面測定の目的で、例えば８１０ｎｍから８７０ｎｍ程度の領域でＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する。
第１光源部１から被測定眼１００への入射光は絞りを偏心させることで光束の入射位置を光軸に直交する方向に変更し、レンズや角膜の頂点反射を防いでノイズを押さえられる。絞りは、径が変換部材のハルトマン板の有効範囲より小さく、受光側だけに眼の収差が影響する、いわゆるシングルパスの収差計測が成り立つことができる様になっている。
なお、第１光源部１から出た入射光線は、眼底から拡散反射された測定光線と共通光路になった後は、近軸的には、眼底から拡散反射された測定光線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、入射光線のビーム径は、測定光線に比べ、かなり細く設定される。具体的には、入射光線のビーム径は、例えば、被測定眼１００の瞳位置で１ｍｍ程度、測定光線のビーム径は、７ｍｍ程度になることもある。なお、光学系を適宜配置することで、ダブルパス測定を行うこともできる。
【００１０】
第１受光光学系２０は、第１受光部（ハルトマンセンサー１）２１−１〜第４受光部（ハルトマンセンサー４）２１−４、分離反射部（ハーフミラー）２２〜２４を備える。第１受光光学系２０は、被測定眼１００からの反射光を複数の光路に分岐し、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４に導くためのものである。分離反射部２２〜２４は、ハーフミラーであり、測定エリアからの光束を一部重複した状態で分割して受光できるように光束を分離する。第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４は、各光路において、偏心して配置される。たとえば、第１受光部２１−１と２１−２は、紙面手前側、受光部２１−３と２１−４は紙面向こう側に概ね配置することが考えられる。第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４は、光束を一部重複した状態で分割して受光できるように、各光軸をまたぐ形で配置されてもよい。
第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４は、例えば、ＣＣＤと変換部材（例、ハルトマン板）を備える。変換部材は、反射光束を少なくとも１７本の複数のビームに変換するためのレンズ部を有する波面変換部材である。変換部材には、光軸と直交する面内に配置された複数のマイクロフレネルレンズを用いることができる。眼底からの反射光は、変換部材を介してＣＣＤ上に集光する。
【００１１】
前眼部観察部３０は、例えば、リレーレンズとＣＣＤで構成される第５受光部３１、反射鏡（Ｂ１）３２を備え、例えば、プラチドリング、ケラトリング等の前眼部照明部４０のパターンが、被測定眼１００の前眼部から反射して戻ってくる光束を観察する。なお、テレセン絞りを設ければ、瞳孔径が正確に測定できる。反射鏡３２は、例えば、９００ｎｍ以上のみを反射するダイクロイックミラーである。
前眼部照明部４０は、第２波長の光束を発する第２光源部を備え、第２光源部からの光束で、例えば、プラチドリング又はケラトリング等を用いて前眼部を所定パターンで照射する。ケラトリングの場合、ケラト像により角膜の曲率中心付近だけのパターンを得ることができる。なお、ここでは、第２光源部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、８４０ｎｍ程度）と異なると共に、長い波長の９４０ｎｍ程度の近赤外光を選択できる。
視標光学部５０は、例えば、被測定眼１００の風景チャート、固視や雲霧をさせる為の視標を投影する光路を含むものであって、固視標５１、反射鏡５２、リレーレンズを備える。第１光源部１からの光束で固視標５１を眼底に照射することができ、被測定眼１００にその像を観察させる。固視標５１は、可視光で照らされている。反射鏡５２は、可視反射、例えば、９００ｎｍ以上透過のダイクロイックミラーである。
上述の光学系は、主に、入射光線が細いシングルパスとして説明したが、本発明は、入射光線が太いダブルパスとしての眼科用測定装置に適用することも可能である。その際、光学系がダブルパス用構成で配置されるが、演算部による測定・計算処理は同様である。
（共役関係）
被測定眼１００の眼底、第１光源部１、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４のそれぞれのＣＣＤが共役である。また、被測定眼１００の眼の瞳（虹彩）、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４のそれぞれの変換部材、第１照明光学系１０の測定光入射側の絞り、前眼部観察部３０が共役である。
【００１２】
１．１．２  第２の実施の形態（きりかきミラータイプ）
図２に、きりかいたミラーで構成される光学系の図を示す。
本装置は、第１光源部１と、第１照明光学系１０と、第２受光光学系２０’と、前眼部観察部３０と、前眼部照明部４０と、視標光学部５０とを備え、被測定眼１００を測定する。第２受光光学系２０’のミラーがきりかいたミラーを用いていること以外は、図１に示すハーフミラータイプの光学系と同じである。
第２受光光学系２０’は、第１受光部（ハルトマンセンサー１）２１−１〜第４受光部（ハルトマンセンサー４）２１−４、分割反射部（きりかきミラー）２２−２、２３−２、２４−２を備える。分割反射部２２−２〜２４−２は、必要なところのみに存在し、被測定眼１００からの反射光を部分的に反射する。分割反射部のきりかきかたは他の組み合わせもありうるが、ここでは１つの実現例について説明する。分割反射部２２−２は紙面向こう側のみに存在する。分割反射部２３−２は、図でわかるように光軸のはさんで片側のみにある。分割反射部２４−２も同様である。図ではわかりにくいが、この分割反射部２２−２，２３−２，２４−２は、の配置に対応して、第１受光部２１−１と２１−２は、紙面手前側に、受光部２１−３と２１−４は紙面向こう側に概ね配置することが考えられる。
【００１３】
１．２  ４台のＣＣＤの配置
図３に、４台のＣＣＤの配置についての説明図を示す。図３（ａ）にハーフミラーの場合、図３（ｂ）にきりかきミラーの場合をそれぞれ示す。
第１の実施の形態の光学系のようにハーフミラーを用いた場合、図３（ａ）が示すように各ＣＣＤが取り込んだ画像が一部重複している。一方、第２の実施の形態の光学系のようにきりかきミラーを用いた場合、図３（ｂ）が示すように取り込んだ画像は重複しない。
【００１４】
１．３  電気系
図４は、眼科用測定装置のブロック図である。
本実施の形態の電気系は、測定部６００、制御部６１０、第１駆動部６２０、表示部７００、メモリ８００を備える。また、測定部６００には、前眼部観察部３０の第５受光部３１からの信号（２）と、第１受光部２１−１からの信号（４）と、第２受光部２１−２からの信号（５）と、第３受光部２１−３からの信号（６）と、第４受光部２１−４からの信号（７）が入力される。
測定部６００は、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４からの出力に基づき、被測定眼１００の収差を短い間隔で測定する。測定部６００は、第１受光部２１−１からの信号（４）、第２受光部２１−２からの信号（５）、第３受光部２１−３からの信号（６）、第４受光部２１−４からの信号（７）、前眼部観察部３０の第５受光部３１からの信号（２）を入力し、例えば、光束の傾き角に基づき被測定眼１００の光学特性を求める。前眼部観察部３０の第５受光部３１からの信号は、眼と測定装置のアライメントずれ、偏心の補正、瞳中心での解析のための情報を得るために必要である。測定部６００は、これら演算結果に応じた信号又は他の信号・データを、電気駆動系の制御を行う制御部６１０と、表示部７００と、メモリ８００とにそれぞれ適宜出力する。
制御部６１０は、測定部６００からの制御信号に基づいて、第１光源部１、前眼部照明部４０の第２光源部の点灯・消灯等を制御したり、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４のＣＣＤの露光・読み出し等を制御するためのものである。制御部６１０は、測定部６００での演算結果に応じた信号に基づいて、第１光源部１に対して信号（１）を出力し、前眼部照明部４０に対して信号（３）を出力し、第１受光部２１−１に対して信号（４）を出力し、第２受光部２１−２に対して信号（５）を出力し、第３受光部２１−３に対して信号（６）を出力し、第４受光部２１−４に対して信号（７）を出力し、調整部１１に対して信号（８）を出力する。
第１駆動部６２０は、測定部６００及び制御部６１０により制御され、被測定眼１００の球面度に応じて、屋根状のミラーを移動させて、各ハルトマンセンサーの第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４に、それぞれ焦点のあった点像ができるよう調節する。
表示部７００は、演算処理中又は、処理後の結果（収差解析等）を、図、表、データ、グラフィック、動画・静止画等として表示する。または、他装置へ出力する。
メモリ８００は、測定されたデータ、中間データ、計算結果データ等の各種データ、予め設定した露光時間ｔ、測定回数Ｐ等の設定値を必要に応じて適宜記憶する。測定部６００は、メモリ８００に適宜データを読み出し／書込みする。
【００１５】
２．収差解析
２．１  読み込み時間の比較
図５は、ＣＣＤの読み込み時間が短縮されることによる効果を示す図である。図５（ａ）に、一例として、画素数が１０００×１０００程度のＣＣＤ１台の場合を示す。図５（ｂ）に、一例として、ＶＧＡレベルの６４０×４８０のＣＣＤの場合を示す。図５（ｂ）が示すように、画素数が１０００×１０００程度のＣＣＤ１台と比較して、ＶＧＡレベルの６４０×４８０のＣＣＤ４台は、１回の露光に対しての読み出し時間が短いため、これを複数個用いてひとつの画像を形成することにより、一層多くの画像が取り込めることがわかる。
【００１６】
２．２  フローチャート
図６は、波面収差測定のフローチャートである。
測定部６００は、第５受光部３１上で得られた前眼部像等により眼を測定位置でアライメントする（ステップＳ０１）。次に、測定部６００は、４台の受光部（ハルトマンセンサー）から画像を取り込む（ステップＳ０３）。そのために、測定部６００は、制御部６１０により第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４が備える４台のＣＣＤを制御し、露光させて画像を取り込む。次に、測定部６００は、ステップＳ０３で取り込んだ画像を画像処理し、点像位置をもとめる（ステップＳ０５）。測定部６００は、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４で取り込んだ画像を読み出し、その画像を画像処理して点像位置を求める。
次に、測定部６００は、メモリ８００に予め保存してある装置の校正用のパラメータを利用して、アフィン変換を行い、ＣＣＤ上で得られた点像の位置を、瞳上の位置に変換する（ステップＳ０７）。ここで、測定部６００は、アフィン変換による校正としては、例えば、ハルトマン板のレンズレットアレイの校正と、ＣＣＤの配置誤差の校正の２通りの校正を実行することができる。本実施の形態では、２段階のアフィン変換により、各ＣＣＤ上で得られた点像の位置が、瞳上の位置に変換することができる。なお、この例では、測定部６００は、これら２段階のアフィン変換を実行しているが、いずれかひとつのみのアフィン変換を用いてもよい。アフィン変換による校正用パラメータについての詳細は後述する。つぎに、測定部６００は、通常のシャックハルトマン波面センサーの手法で波面収差をもとめる（ステップＳ０９）。つぎに、測定部６００は、求めた波面収差の解析結果をメモリ（記憶部）８００から読み出し、その解析結果に基づいて、例えば、眼の収差データ・マップ、角膜収差データ・マップ、俯瞰図、数値データ、ゼルニケ係数・多項式等を適宜表示するための処理を実行し、それを表示部７００に表示し、メモリ８００に保存する（ステップＳ１０）。
以上のように、測定部６００は、４台の受光部により得た複数画像を点像の位置校正をして１枚の画像に合成した後、合成された１枚の画像に基づき、波面収差を求めるようにしたが、測定部６００は、４台の受光部により得た複数画像に基づき、複数画像に対する複数の波面収差を求めた後、複数の波面収差の位置校正をして、１枚の画像に合成することもできる。後者の場合、処理の順番としてステップＳ０９の処理を行った後に、ステップＳ０７の処理を行うように、図示のフローチャートのステップＳ０７とステップＳ０９とを入れかえればよい。
【００１７】
２．３  波面収差の解析（ゼルニケ解析とＲＭＳ）
以下に、シャックハルトマン波面センサーで波面収差を求める手法の詳細を説明する。
図７は、波面を求めるためのフローチャートである。
測定部６００は、ハルトマンイメージから点像の位置を得る（ステップＳ９１）。測定部６００は、それぞれの点像（位置）をメモリ８００から読み出し、参照位置の対応を得る（ステップＳ９３）。つぎに、測定部６００は、点像位置と参照位置の対応より点像位置のずれΔｘ、Δｙを得る（ステップＳ９５）。つぎに、測定部６００は、参照点の位置（Ｘ、Ｙ）とずれΔｘ、Δｙから、次に説明するように波面Ｗ（Ｘ、Ｙ）を求めることで、波面収差を解析する（ステップＳ９７）。
【００１８】
つぎに、波面収差の解析について説明する。そこで、一般に知られているゼルニケ多項式からゼルニケ係数ｃｉ２ｊ−ｉを算出する方法について説明する。ゼルニケ係数ｃｉ２ｊ−ｉは、例えば、各受光部（ハルトマンセンサー）により、ハルトマン板を介してＣＣＤで得られた光束の傾き角に基づいて被測定眼１００の光学特性を把握するための重要なパラメータである。
被測定眼１００の波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、ゼルニケ係数ｃｉ２ｊ−ｉ、ゼルニケ多項式Ｚｉ２ｊ−ｉを用いて次式で表される。
【００１９】
【数１】
2007252413.tif 000003
ただし、（Ｘ，Ｙ）はハルトマン板の縦横の座標である。
また、波面収差Ｗ（Ｘ，Ｙ）は、ＣＣＤの縦横の座標を（ｘ、ｙ）、ハルトマン板とＣＣＤの距離（ハルトマン板のマイクロレンズの焦点距離）をｆ、ＣＣＤで受光される点像の移動距離を（Δｘ、Δｙ）とすると、次式の関係が成り立つ。
【００２０】
【数２】
2007252413.tif 000004
ここで、ゼルニケ多項式Ｚｉ２ｊ−ｉは、次式で表される。
具体的には、図１１に、（ｒ，ｔ）座標のゼルニケ多項式の図、及び、図１２に、（ｘ，ｙ）座標のゼルニケ多項式の図をそれぞれ示す。
【００２１】
【数３】
2007252413.tif 000005
【００２２】
【数４】
2007252413.tif 000006
【００２３】
なお、ゼルニケ係数ｃｉ２ｊ−ｉは、次式で表される自乗誤差を最小にすることにより具体的な値を得ることができる。
【００２４】
【数５】
2007252413.tif 000007
【００２５】
ただし、Ｗ（Ｘ、Ｙ）：波面収差、（Ｘ、Ｙ）：ハルトマン板座標、（Δｘ、Δｙ）：ＣＣＤで受光される点像の移動距離、ｆ：ハルトマン板とＣＣＤとの距離。
【００２６】
演算部６００は、ゼルニケ係数ｃｉ２ｊ−ｉを算出し、これを用いて球面収差、コマ収差、非点収差等の眼光学特性を求める。また、演算部６００は、ゼルニケ係数ｃｉ２ｊ−ｉを用いて次式により収差量ＲＭＳｉ２ｊ−ｉを算出する。
【００２７】
【数６】
2007252413.tif 000008
【００２８】
３．校正
３．１  ハルトマン板のレンズレットアレイの校正
図８に、レンズレットアレイの校正及び参照点の決め方についての説明図を示す。
強度センサー６０−１は、瞳の位置に置いた強度測定用ＣＣＤを示す。瞳の位置に置く強度センサー６０−１は、ＣＣＤ６１を備える。ＣＣＤ６１は、校正光源系６０−２と対応して、小レンズの中心と光束の重心にあたるところが対応することになる。校正光源系６０−２は、ハルトマンセンサー側に設置する光源系を示す。校正光源系６０−２は、点光源６２、ピンホール６３を備える。なお、校正光源系６０−２は、ハルトマンセンサーのＣＣＤを取り外し、レンズレットアレイのみを残した状態で設置される。この測定では、光源1と同じ波長が選択されることが望ましい。点光源としては、ハロゲンランプと干渉フィルターとピンホールを組み合わせたものなどが使用できる。
【００２９】
まず、瞳の位置に強度センサーとしてＣＣＤ６１を置き、ハルトマンセンサー側に、校正光源系６０−２を設置する。測定部６００は、制御部６１０により光源６２を制御して、ＣＣＤ６１に対して光束を照射し、ＣＣＤ６１において、光源６２からの光の強度を測定する。これにより、ハルトマン板の小レンズと瞳上の位置の関係が得られる。つまり、ハルトマンセンサーの解析における、瞳上での参照点の絶対位置がもとまったことになる。
ハルトマン板を構成するレンズレットアレイの小レンズの数は、通常数十から数百個が考えられるが、実際の校正では、そのすべてを測定する必要はない。レンズレットアレイは、半導体製造技術を使って作られたＢＯＥなど、位置精度は正確に作られているものが利用されるので、いくつかのレンズレットアレイで、校正用のデータをとり、アフィン変換などの変換処理のパラメータを最小二乗法等で決定する。
アフィン変換は、レンズレットアレイの位置と瞳の位置を関係付けるのに使われる。アフィン変換は、次式で示される。
ｘ’＝ＡＬ１ｘ＋ＢＬ１ｙ＋ＣＬ１
ｙ’＝ＡＬ２ｘ＋ＢＬ２ｙ＋ＣＬ２
次に示すレンズレットアレイ校正パラメータは、メモリ（記憶装置）に記憶される。
ＡＬ１、ＢＬ１、ＣＬ１
ＡＬ２、ＢＬ２、ＣＬ２
【００３０】
３．２  ＣＣＤの配置誤差の校正
図９に、各シャックハルトマンセンサーのＣＣＤの配置誤差の校正についての説明図を示す。
図９（ａ）に、ＣＣＤでの無収差の模型眼を測定したときに得られた点像、図９（ｂ）に、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４のＣＣＤで得られる点像をそれぞれ示す。図９（ｂ）は、４台のＣＣＤでアフィン変換のパラメータをもとめる必要がある。さきに計測的に得た、参照点の絶対位置から、決まる点像位置を示す。図示のように整然とならんでいるとは限らないが、ここでは図化が簡単のためにこのように示した。
一般にＣＣＤは光学器械として、良い精度で組み立てられる。しかし、わずかながら光軸を軸に回転したり、いわゆるあおりがあったり、光軸と垂直の面内で位置ずれしていたりする場合がある。これは、わずかな量であるが、図示のように（図は誇張してある）、無収差模型眼を測定したときの、それぞれのＣＣＤで観察できる点像は、移動したりゆがんだりしている場合がある。例えば、図９（ａ）は、レンズレットアレイに起因するゆがみや位置移動のみ、図９（ｂ）のＣＣＤ上ではＣＣＤ起因のゆがみや位置ずれが加わる。
【００３１】
図９（ａ）に示すＣＣＤ上での点像と、図９（ｂ）に示す、先立った計測によって得られたＣＣＤの位置、回転誤差がないときの点像の配置（参照点）との間には１対１対応がある。測定部６００は、この対応をつけ、２つの点像のアレイ間での関係を、次式に示すアフィン変換によって近似する。
ｘ’＝ＡＣ１ｘ＋ＢＣ１ｙ＋ＤＣ１
ｙ’＝ＡＣ２ｘ＋ＢＣ２ｙ＋ＤＣ２
次に示すＣＣＤに対する校正パラメータは、メモリ（記憶装置）８００に記憶される。
ＡＣ１、ＢＣ１、ＤＣ１
ＡＣ２、ＢＣ２、ＤＣ２
つぎに、図１０に、無収差の模型眼を用いた装置の位置校正を求めるフローチャートを示す。
測定部６００は、被検眼１００の位置に、収差が予め分かっている模型眼を配置し、測定する（ステップＳ７１）。次に、測定部６００は、第１受光部２１−１〜第４受光部２１−４の４台から無収差模型眼の画像を取り込む（ステップＳ７３）。測定部６００は、４台の受光部から取り込んだ画像を読み出し、取れた画像の重なっているところから、４台のＣＣＤのピクセル間の位置関係の関係式を求める（ステップＳ７５）。ここで、測定部６００は、例えば、上述のようにアフィン変換によって２つの点像の位置関係を近似し、校正パラメータを求める。ステップＳ７５で求めた関係式から校正用のパラメータを算出し、メモリ８００に記憶する（ステップＳ７７）。
【００３２】
４．変形例
４．１  半画素分ずらす構成
図１３は、複数の受光部（ＣＣＤ）を半画素分ずらす構成を示す説明図である。この図の例では、いずれかの受光部のＣＣＤａと他のいずれかの受光部のＣＣＤｂの配置を示す。
ＣＣＤの１画素の形状には、例えば、正方形と長方形がある。長方形の場合、長辺側の単位長さあたりの情報量は、短辺側のそれと比べて少なくなる。そこで、本変形例では、２台のＣＣＤを、長辺側に半画素分ずれるようにして配置する。なお、短辺側に半画素分ずらしてもよい。これにより長辺側の情報量を増やすことができ、高精度な測定が可能となる。例えば、１台目の受光部のＣＣＤａは、中心にある画素の中心と光軸が一致するように配置すると、２台目の受光部のＣＣＤｂは、中心にある画素とその隣の画素の境目に光軸が一致するように配置する。または、この逆に配置してもよい。
このように、ＣＣＤａ及びＣＣＤｂは、互いに半画素分ずれて配置されており、測定部６００は、ＣＣＤａ及びＣＣＤｂからの出力に基づき、一つの受光部からの出力に基づくよりも高精度に収差測定を行うように構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明は、眼科用の測定装置や手術装置等に、幅広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ミラーにハーフミラーを使うタイプの光学系の図。
【図２】きりかいたミラーで構成される光学系の図。
【図３】４台のＣＣＤ配置についての説明図。
【図４】眼科用測定装置のブロック図。
【図５】ＣＣＤの読み込み時間が短縮されることによる効果を示す図。
【図６】波面収差測定のフローチャート。
【図７】波面を求めるためのフローチャート。
【図８】レンズレットアレイの校正及び参照点の決め方についての説明図。
【図９】各シャックハルトマンセンサーのＣＣＤの配置誤差の校正についての説明図。
【図１０】無収差の模型眼を用いた装置の位置校正を求めるフローチャート。
【図１１】（ｒ，ｔ）座標のゼルニケ多項式の図。
【図１２】（ｘ，ｙ）座標のゼルニケ多項式の図。
【図１３】複数の受光部（ＣＣＤ）を半画素分ずらす構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１光源部
１０  第１照明光学系
１１  調整部
１２  ビームスプリッタ（Ｂ２）
２０  第１受光光学系
２０’  第２受光光学系
２１−１  第１受光部（ハルトマンセンサー１）
２１−２  第２受光部（ハルトマンセンサー２）
２１−３  第３受光部（ハルトマンセンサー３）
２１−４  第４受光部（ハルトマンセンサー４）
２２〜２４  分離反射板（ハーフミラー）
２２−２〜２４−２  分離反射板（きりかきミラー）
３０  前眼部観察部
３１  第５受光部
３２  反射鏡（Ｂ１）
４０  前眼部照明部
５０  視標光学部
５１  固視標
５２  反射鏡
６０−１  強度センサー
６０−２  校正光源系
６１  強度測定用ＣＣＤ
６２  光源
６３  ピンホール
【図１】
2007252413.tif 000009
【図２】
2007252413.tif 000010
【図３】
2007252413.tif 000011
【図４】
2007252413.tif 000012
【図５】
2007252413.tif 000013
【図６】
2007252413.tif 000014
【図７】
2007252413.tif 000015
【図８】
2007252413.tif 000016
【図９】
2007252413.tif 000017
【図１０】
2007252413.tif 000018
【図１１】
2007252413.tif 000019
【図１２】
2007252413.tif 000020
【図１３】
2007252413.tif 000021