JP2006149871A - 眼科測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検眼の波面収差等の光学特性を高分解能に測定可能で、コスト的にも有利な眼科測定装置を提供する。
【解決手段】 測定光源からのスポット状の光束を被検眼眼底に投影する投影光学系と、眼底で反射して被検眼を射出する光束を受光する受光光学系であって、被検眼瞳孔と略共役位置に配置されたマスクパターンを有すると共に該マスクパターンのタルボット像位置に配置された２次元撮像素子を有する受光光学系とを備える。マスクパターンは２次元撮像素子の単位画素サイズの配列に合わせて形成されたピッチの直交格子状マスクを持ち、直交格子状マスクのタルボット像と２次元撮像素子の画素配列によって生じるモアレパターンを基に被検眼の光学特性を測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検眼の光学特性を測定する眼科測定装置に関する。

被検眼眼底にスポット状の光束を投影し、それを２次光源として被検眼を射出する光束を瞳孔内の複数部より取り出し、２次元撮像素子等で検出した情報から被検眼の波面収差分布等の光学特性を測定する眼科装置としては、いわゆるシャックハルトマン波面センサを使ったもの（例えば、特許文献１参照）と、２つの格子マスク（回折格子）により生じるモアレパターンを利用するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特開平１０−３０５０１３号公報 特表２００３−５２６４０４号公報

上記特許文献１に示されるシャックハルトマン波面センサの方式では、マイクロレンズアレイを通して２次元撮像素子で眼底反射光を受光する構成であるため、瞳孔内の分解能を一定以上に上げることができない。一方、モアレパターンを解析する方法によれば、高分解能な測定が可能である。特許文献２では、２つの格子マスクによって生じるモアレパターンをスクリーンに投影し、撮像レンズを介して２次元撮像素子で撮像している。しかし、モアレパターンを利用する方法においても更なる改良が望まれる。
本発明は、上記従来技術に鑑み、被検眼の波面収差等の光学特性を高分解能に測定可能で、コスト的にも有利な眼科測定装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 測定光源からのスポット状の光束を被検眼眼底に投影する投影光学系と、眼底で反射して被検眼を射出する光束を受光する受光光学系であって、被検眼瞳孔と略共役位置に配置されたマスクパターンを有すると共に該マスクパターンのタルボット像位置に配置された２次元撮像素子を有する受光光学系とを備え、前記マスクパターンは前記２次元撮像素子の単位画素サイズの配列に合わせて形成されたピッチの直交格子状マスクを持ち、該直交格子状マスクのタルボット像と前記２次元撮像素子の画素配列によって生じるモアレパターンを基に被検眼の光学特性を測定することを特徴とする。この装置において、前記直交格子状マスクの透過部分と遮光部分の各幅は、２次元撮像素子の単位画素と同じ幅であることを特徴とする。
（２） （１）の眼科測定装置において、前記測定光源と共に前記マスクパターン及び２次元撮像素子を、被検眼の球面屈折誤差に応じて光軸方向に移動させる移動手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、被検眼の波面収差等の光学特性を高分解能に測定可能で、光学構成を簡略化してコスト的に有利となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、眼科測定装置の測定光学系及び制御系の概略構成図である。眼科測定装置の光学系には、被検眼に対して測定光学系を位置合わせするために、被検眼にアライメント指標と投影し、その指標像を検出するアライメント光学系、前眼部観察光学系、被検眼を固視させると共に水晶体の調節を弛緩させる固視標光学系、等が配置されているが、これらは関係が薄いので省略している。

図１において、測定光学系１０は、眼底にスポット状の光束を投影する投影光学系１０ａと、眼底からの反射光を受光する受光光学系１０ｂとから構成される。投影光学系１０ａは、赤外光を発するＬＤやＳＬＤ等の測定光源１１、リレーレンズ１２、ハーフミラー１３、対物レンズ１４を備え、この順に被検眼に向けて配置される。受光光学系１０ａは、被検眼の前方から、対物レンズ１４、ハーフミラー１３、リレーレンズ１５、ミラー１６、受光系絞り１７、コレメートレンズ１８、直交格子状マスク１９、ＣＣＤ等の２次元撮像素子２０の順に配置される。投影光学系１０ａの対物レンズ１４とハーフミラー１３は、投影光学系１０ｂで共用される。ハーフミラー１３では、光源１１からの測定光束を透過し、眼底からの反射光を反射する。ハーフミラー１３を穴あきミラーとしても良い。

回折格子である直交格子状マスク１９は、光の透過率がほぼ０％の遮光部分とほぼ１００％の透過部分が、水平・垂直の両方向にストライプ状に形成されている。マスク１９は、対物レンズ１４〜リレーレンズ１８を介して、被検眼の瞳孔と光学的に略共役な位置に配置されている。また、２次元撮像素子２０の受光面は、マスク１９のタルボット（Talbot）像が生じる位置の近傍に置かれている。マスク１９と２次元撮像素子２０との距離をＤとすると、タルボット像が生じる位置は、以下で示される。

Ｄ＝m・２d²／λ
dは直交格子状マスク１９の格子定数（ＯＮ／ＯＦＦの１周期の長さ）、λは測定光源１１の波長、mは整数である。

ここで、直交格子状マスク１９の格子縞のピッチは、図２に示すように、２次元撮像素子２０の単位画素サイズに合わせて形成されている。図２（ａ）は、２次元撮像素子２０に配列された画素を示した図であり、２０ａが単位画素を示す。単位画素２０ａのサイズはＷ×Ｗで、例えば、Ｗ＝７μｍである。図２（ｂ）は、直交格子状マスク１９の直交格子縞を示す図であり、１９ａが格子縞を示す。水平・垂直の格子縞１９ａのＯＮ（透過部分）とＯＦＦ（遮光部分）の各幅は、２次元撮像素子２０の単位画素と同じ幅Ｗである。Ｗ＝７μｍとすれば、１ｍｍ当たり７１本の格子縞で測定できる。また、直交格子状マスク１９は、２次元撮像素子２０に関して光軸周りに微小な角度ずれθを与えて配置される。角度ずれθは、直交格子状マスク１９の格子縞のピッチとの関係で、適切なモアレ縞ができるように決められている。

本装置においては、測定光源１１、受光系絞り１７、コレメートレンズ１８、直交格子状マスク１９及び２次元撮像素子２０は、一体のユニット２１となって光軸方向に移動機構２２によって移動される構成となっている。測定光源１１、撮像素子２０等を光軸方向に移動させることで、被検眼の球面屈折誤差を補正して被検眼眼底と測定光源１１、受光絞り１７とが光学的に共役に保たれる。この移動量はポテンショメータ等の検出器２３により検出する。移動機構２２、検出器２３、撮像素子２０は、制御ユニット３０に接続されている。
なお、直交格子状マスク１９は、光軸方向の移動位置に拘わらず、対物レンズ１４、リレーレンズ１５及びコリメートレンズ１８によって、被検眼瞳孔と一定の倍率で光学的に共役になるように配置されている。

上記の構成において、測定光源１１を発した光束は、リレーレンズ１２、対物レンズ１４によって被検眼眼底状にスポット状の光束が投影され、眼底上に点光源像を形成する。被検眼眼底に投影された点光源像は、反射・散乱されて被検眼を射出し、対物レンズ１４によって集光され、ハーフミラー１３、リレーレンズ１５、ミラー１６を介して受光絞り１７の位置に集光された後、コリメータレンズ１８で平行光束とされ、直交格子状マスク１９を通過した光束が撮像素子２０に受光される。

直交格子状マスク１９を通過した光束と撮像素子２０の単位素子配列とによって生じるモアレパターンは、撮像素子２０の近傍にできる直交格子状マスク１９のタルボット像が、被検眼の収差によって乱されたことを反映して変化する。従って、無収差の光（平行光）が通過したときにできるモアレパターンに対して、被検眼からの反射光により生じるモアレパターンを解析すれば、被検眼の波面収差分布や屈折力分布を測定することが可能になる。

制御ユニット３０は、撮像素子２０の出力画像信号を得て、被検眼の波面収差等を解析するプログラムを有し、眼の光学特性を解析する手段を兼ねる。前述のように、撮像素子２０上における直交格子状マスク１９の投影像は、被検眼の波面収差を反映している。この投影像と撮像素子２０の単位素子配列との重なりよってモアレ縞が発生する。制御ユニット３０は、撮像素子２０により得られたモアレ縞の局所的な傾きを検出することで、波面の傾きを求める。波面の傾きの解析は、特表２００３−５２６４０４号公報等に記載されているような周知の数学的技術を使用することができる。解析された波面の傾きは、周知のゼルニク（Zernike）多項式の展開を適用することによって定量化される。球面屈折誤差、乱視屈折誤差は多項式次数２次以下の項で表され、高次収差成分は多項式次数３次以上で求められる。波面収差分布や屈折力分布等の光学特性の解析結果は、制御ユニット３０に接続されたモニタ３１にマップ等の形で表示される。

なお、波面収差分布や屈折力分布の測定時には、予備測定により得られた球面屈折誤差を補正するように、測定光源１１及び受光系絞り１７〜撮像素子２０等が一体化されたユニット２１を光軸方向に移動させる。その移動量は検出器２３によって検出された移動位置を球面屈折誤差に変換し、その球面屈折誤差を基準にして波面収差分布や屈折力分布を解析する。このようにユニット２１を被検眼の球面屈折誤差を補正するように移動させることで、モアレ縞の解析に際しての解像度を落とすことなく、また、直交格子状マスク１９及び撮像素子２０の受光面のサイズを大きくすることなく、大きな屈折誤差の測定に対応できる。

眼の光学特性の分解能は、２次元撮像素子２０の単位素子と直交格子状マスク１９の幅に依存する。これは、シャックハルトマン式で用いるマイクロレンズアレイより細かなものを使用することが可能であるので、眼の光学特性の測定を高分解能で行うことが可能となる。また、モアレパターンを発生させる構成が、１つの直交格子状マスク１９と２次元撮像素子２０とで可能であるため、従来に比べて構成部材を簡略化でき、コスト的に有利となる。

眼科測定装置の測定光学系及び制御系の概略構成図である。 ２次元撮像素子の単位画素サイズに合わせて形成する直交格子状マスクを説明する図である。

符号の説明

１０ 測定光学系
１０ａ 投影光学系
１０ｂ 受光光学系
１１ 測定光源
１９ 直交格子状マスク
２０ ２次元撮像素子
２２ 移動機構
３０ 制御ユニット

Claims (2)

1. 測定光源からのスポット状の光束を被検眼眼底に投影する投影光学系と、眼底で反射して被検眼を射出する光束を受光する受光光学系であって、被検眼瞳孔と略共役位置に配置されたマスクパターンを有すると共に該マスクパターンのタルボット像位置に配置された２次元撮像素子を有する受光光学系とを備え、前記マスクパターンは前記２次元撮像素子の単位画素サイズの配列に合わせて形成されたピッチの直交格子状マスクを持ち、該直交格子状マスクのタルボット像と前記２次元撮像素子の画素配列によって生じるモアレパターンを基に被検眼の光学特性を測定することを特徴とする眼科測定装置
2. 請求項１の眼科測定装置において、前記測定光源と共に前記マスクパターン及び２次元撮像素子を、被検眼の球面屈折誤差に応じて光軸方向に移動させる移動手段を設けたことを特徴とする眼科測定装置。