JP2017225469A - 視覚検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検眼の眼前に視度調整のための矯正レンズを取り付けると、眼球を観察するための観察光学系の焦点位置や撮像倍率などが変化してしまう。
【解決手段】被検者に視標を表示するための表示素子１２と、被検者の眼球８が配置される眼球位置から表示素子１２までの光軸１８上に、第１レンズと、波長選択性を有するミラー２０と、第２レンズ群２１とを順に配置してなる表示光学系１１と、眼球位置に配置された被検者の眼球８を撮像するための撮像素子１６と、眼球位置から撮像素子までの光軸上に配置された観察光学系１５と、被検者の視度を調整する視度調整機構と、を備える。表示光学系１１と観察光学系１５とは、眼球位置からミラー２０までの光軸１８ａを共用している。第２レンズ群２１は、観察光学系１５とは共用しない光軸１８ｂ上に配置されている。視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズを光軸方向に移動させて視度を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、眼の視覚機能を検査する際に用いられる視覚検査装置に関する。

眼検査の一つに、眼の視覚機能を検査する視覚検査がある。また、視覚検査の代表的なものに視野検査がある。視野検査は、たとえば緑内障や網膜剥離などが原因で起こる視野狭窄、視野欠損などの診断のために行われるものである。

従来の視野検査装置には、ドーム型のスクリーンに視標を表示（呈示）して被検者の視野を検査するものがある（たとえば、特許文献１を参照）。この種の視野検査装置では、被検者の眼球（以下、「被検眼」ともいう。）をドームの球心に配置し、そこから被検者がスクリーンを見たときに、たとえば、どの程度の範囲まで視標が見えるか、あるいは、どの位置に表示した視標が見えないか、などを検査する。

その際、被検眼が近視眼や遠視眼であると、スクリーン等に表示した視標の像が被検眼の網膜上で焦点を結ばず、そこからずれたところで焦点を結ぶ。このため、被検者が認識する視標の像がぼやけてしまう。そこで、特許文献２には、視標を表示する表示素子を移動させる機構を備えた視野計が記載されている。この視野計においては、被検眼の前方に設置された表示素子を、被検眼に対して接近離間する方向に移動させることにより、視度を調整するようになっている。ただし、この視野計では、表示素子を移動させるための機構が大掛かりなものになってしまう。

一方、特許文献３には、視度調整のための矯正レンズを被検眼の眼前に取付可能とした視野計が記載されている。この視野計においては、被検眼の視度を入力し、この視度に適合する矯正レンズを取り付けることにより、視度を調整することができる。

特開２０１２−２０１９６号公報 特許第４５１８０７７号公報 特開２００３−１６４４２５号公報

従来の視覚検査装置のなかには、上記特許文献３に記載の視野計を含めて、被検者に視標を呈示するための表示光学系と、被検者の眼球を観察するための観察光学系とを備えたものがある。
この種の視覚検査装置では、被検者の眼球を観察光学系を通して撮像素子により撮像しているため、上記特許文献３に記載されているように被検眼の眼前に矯正レンズを取り付けると、この矯正レンズが観察光学系の一部を構成することになる。このため、観察光学系への影響が避けられない。具体的には、観察光学系において、たとえば、焦点位置が眼球位置からずれてしまう、あるいは、撮影倍率が変わってしまう、などの影響がでる。

本発明の主な目的は、観察光学系に影響を及ぼすことなく、視度を調整することができる視覚検査装置を提供することにある。

本発明の第１の態様は、被検者に視標を表示するための表示素子と、
前記被検者の眼球が配置される眼球位置から前記表示素子までの光軸上に、第１レンズと、波長選択性を有するミラーと、第２レンズ群とを順に配置してなる表示光学系と、
前記眼球位置に配置された前記被検者の眼球を撮像するための撮像素子と、
前記眼球位置から前記撮像素子までの光軸上に配置された観察光学系と、
前記被検者の視度を調整する視度調整手段と、
を備え、
前記表示光学系と前記観察光学系とは、前記眼球位置から前記ミラーまでの光軸を共用し、
前記第２レンズ群は、前記観察光学系とは共用しない光軸上に配置され、
前記視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズを光軸方向に移動させて視度を調整する
ことを特徴とする視覚検査装置である。

本発明の第２の態様は、前記視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズのうち、前記表示素子に最も近いレンズを移動させて視度を調整する
ことを特徴とする上記第１の態様に記載の視覚検査装置である。

本発明の第３の態様は、前記視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズのうち、焦点距離が１０ｍｍ超、５０ｍｍ未満のレンズを移動させて視度を調整する
ことを特徴とする上記第１または第２の態様に記載の視覚検査装置である。

本発明の第４の態様は、前記表示光学系は、少なくとも視覚検査の範囲内において、前記被検者が前記眼球位置から当該表示光学系を通して視標を見るときに当該表示光学系から前記表示素子の表示面へと入射するすべての主光線が、前記光軸に対して平行になるテレセントリック性を有する
ことを特徴とする上記第１〜第３の態様のいずれかに記載の視覚検査装置である。

本発明の第５の態様は、前記撮像素子で撮像した眼球の画像に基づいて瞳孔位置の変化を検出し、この検出結果に応じて、前記表示素子に表示する視標の位置を補正する視標表示位置補正手段を具備する
ことを特徴とする上記第１〜第４の態様のいずれかに記載の視覚検査装置である。

本発明によれば、観察光学系に影響を及ぼすことなく、視度を調整することができる。

本発明の実施の形態に係る視覚検査装置の構成例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る視覚検査装置の光学系と制御系の構成を含む概略図である。 本発明の実施の形態における表示光学系と視度調整機構の関係を示す図である。 表示光学系の特性を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態においては、本発明をヘッドマウント型の視覚検査装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
また、本発明の実施の形態においては、次の順序で説明を行う。
１．視覚検査装置の構成
２．表示光学系の特性
３．視覚検査方法
４．実施の形態の効果
５．変形例等

＜１．視覚検査装置の構成＞
図１は本発明の実施の形態に係る視覚検査装置の構成例を示す概略図である。
図示した視覚検査装置１は、被検者２の頭部３に装着して用いられるヘッドマウント型の視覚検査装置である。視覚検査装置１は、大きくは、装置本体５と、この装置本体５に機械的に接続された装着具６と、を備えている。

装置本体５は、内部に空間を有する筐体７を備えている。筐体７の内部空間は、左右に分かれている。その理由は、被検者２の左眼８Ｌと右眼８Ｒで別々に視覚検査を行うためである。この視覚検査において、左眼８Ｌを被検眼とする場合は、被検者２が左眼８Ｌの瞳孔９Ｌを通して視標を見ることになり、右眼８Ｒを被検眼とする場合は、被検者２が右眼８Ｒの瞳孔９Ｒを通して視標を見ることになる。

ここで記述する「視標」とは、被検者の視覚を検査するにあたって、被検者の眼球に光による刺激を与えるために表示されるものである。視標に関しては、特に大きさ、形状等の制限はない。たとえば、緑内障検査の際には、所定の大きさで光の点を視標として表示するとともに、その光の点の位置を変化させることにより、欠損した視野の有無や欠損場所を検査（特定）することができる。

筐体７の一方の空間には、表示光学系１１Ｌと表示素子１２Ｌが設けられている。筐体７の他方の内部空間には、表示光学系１１Ｒと表示素子１２Ｒが設けられている。表示光学系１１Ｌと表示素子１２Ｌは、被検者２の左眼８Ｌの視覚検査を行うために設けられたものである。表示光学系１１Ｒと表示素子１２Ｒは、被検者２の右眼８Ｒの視覚検査を行うために設けられたものである。

装着具６は、装置本体５を被検者２の頭部３に装着し固定するためのものである。装着具６は、被検者２の両側頭部から後頭部にかけてＵ字形に掛け渡されるベルト１３と、被検者２の頭頂部に掛け渡されるベルト１４とを備えている。そして、ベルト１４の長さを適度に調整した状態で、ベルト１３を後頭部側から引っ張って締め付けることにより、被検者２の頭部３に装置本体５を装着可能な機構になっている。

なお、以降の説明では、被検者２の左眼８Ｌと右眼８Ｒを左右の区別なく記載する場合は、符号Ｌ，Ｒを省略して眼球８、瞳孔９と総称する。これと同様に、上述した表示光学系１１Ｌ，１１Ｒと表示素子１２Ｌ，１２Ｒについても左眼用と右眼用の区別なく記載する場合は、それぞれ符号Ｌ，Ｒを省略して表示光学系１１、表示素子１２と総称する。

図２は本発明の実施の形態に係る視覚検査装置の光学系と制御系の構成を含む概略図である。
図示のように、視覚検査装置１は、上述した表示光学系１１と表示素子１２の他に、被検者の眼球８を観察するための観察光学系１５と、この観察光学系１５を通して被検者の眼球８を撮像する撮像素子１６と、被検者の眼球８に赤外線を照射する赤外光源１７と、制御部３０と、応答スイッチ３１と、を備えている。観察光学系１５、撮像素子１６および赤外光源１７は、上述した表示光学系１１や表示素子１２と同様に、被検者の左眼用と右眼用でそれぞれ別々に設けられ、制御部３０および応答スイッチ３１は、１つの視覚検査装置１につき一つずつ設けられるものである。

表示光学系１１は、被検者の眼球８が配置される眼球位置と表示素子１２の表示面１２ａとの間の光軸１８上に設けられている。具体的には、表示光学系１１は、被検者の眼球位置側から順に、第１レンズ１９と、ミラー２０と、第２レンズ群２１とを配置した構成になっている。以下、各構成要素について説明する。なお、以降の説明では、被検者の眼球位置から表示素子１２までの光軸１８のうち、眼球位置からミラー２０までの光軸を光軸１８ａとし、ミラー２０から表示素子１２までの光軸を光軸１８ｂとする。

第１レンズ１９は、眼球位置からミラー２０までの光軸１８ａ上に配置されている。第１レンズ１９は、正のパワーを有する非球面のレンズ（凸レンズ）を用いて構成されている。第１レンズ１９は、ミラー２０で反射して第１レンズ１９に入射した光を被検者の瞳孔９に収束させる一方、被検者が瞳孔９を通して広角に物を見るときの光の発散を抑制するものである。図２においては、表示素子１２の表示面１２ａに視標となる光の点を表示し、この視標を被検者が眼球位置から表示光学系１１を通して見るときに、被検者の瞳孔中心から第１レンズ１９へと入射する主光線の入射角度を符号θで表している。この入射角度θは、光軸１８ａを基準とする角度（瞳孔中心を通る主光線と光軸１８ａとがなす角度）である。光軸１８ａ上における第１レンズ１９の外径（直径）や位置は、少なくとも視覚検査に必要な視野角を確保し得る条件で設定されている。具体的には、第１レンズ１９を用いた表示光学系１１の最大視野角（θの最大値）は、好ましくは、半画角で３０度以上、６０度以下（全画角では６０度以上、１２０度以下）の範囲に設定するとよい。

ミラー２０は、眼球位置からミラー２０までの光軸１８ａ上において、第１レンズ１９を間に挟んで眼球位置とは反対側に配置されている。ミラー２０は、波長選択性を有するミラーを用いて構成されている。具体的には、ミラー２０は、可視光を反射し、赤外線を透過するコールドミラーを用いて構成されている。光軸１８ａに対するミラー２０の反射面の傾きは、このミラー２０によって屈曲される光軸１８ａと光軸１８ｃとのなす角度αが、好ましくは９０度以下、より好ましくは８０度以下、さらに好ましくは「４０度＜α＜７０度」の範囲となるように設定されている。

ここで、α≦４０°である場合は、表示素子１２や第２レンズ群２１が被検者の頭部に接近しすぎて、それらが頭部と干渉してしまうおそがある。これに対して、α＞４０°である場合は、表示素子１２や第２レンズ群２１が頭部と干渉することを回避することができる。一方、α≧９０°である場合は、被検者が頭部を前方に傾けた際に、視覚検査装置１が頭部からずれ落ちやすくなる。これに対して、α＜９０°である場合は、被検者が頭部を前方に傾けた際に、視覚検査装置１が頭部からずれ落ちにくくなる。

第２レンズ群２１は、ミラー２０から表示素子１２までの光軸１８ｂ上に配置されている。第２レンズ群２１は、３つのレンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを用いて構成されている。３つのレンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、ミラー２０側から表示素子１２側に向かって順に配置されている。すなわち、レンズ２１ａは、光軸１８ｂ上でミラー２０に最も近い位置に配置され、レンズ２１ｃは、光軸１８ｂ上で表示素子１２に最も近い位置に配置されている。そして、これら２つのレンズ２１ａ、２１ｃの間にレンズ２１ｂが配置されている。レンズ２１ｂは、レンズ２１ａから離間した状態で、レンズ２１ｃの近くに配置されている。

レンズ２１ａは、正のパワーを有する非球面のレンズ（凸レンズ）を用いて構成されている。また、レンズ２１ｂは、負のパワーを有する非球面のレンズ（凹レンズ）を用いて構成され、レンズ２１ｃは、正のパワーを有する非球面のレンズ（凸メニスカスレンズ）を用いて構成されている。また、レンズ２１ａの外径（直径）は他のレンズ２１ｂ，２１ｃの外径よりも大きく、レンズ２１ｂ，２１ｃの外径は互いにほぼ等しくなっている。

ここで、上記第１レンズ１９を構成する材料のアッベ数をｖ１とすると、第１レンズ１９は、「４５＜ｖ１＜８０」の関係式を満たす材料（ガラス、プラスチックなど）で構成されている。一方、第２レンズ群２１を構成するレンズ２１ａ〜２１ｃのうち、正のパワーを有するレンズ２１ａ，２１ｃのアッベ数を共にｖ２とすると、各々のレンズ２１ａ，２１ｃは、「４５＜ｖ２＜８０」の関係式を満たす材料で構成されている。また、負のパワーを有するレンズ２１ｂのアッベ数をｖ３とすると、レンズ２１ｂは、「１５＜ｖ３＜３０」の関係式を満たす材料で構成されている。
また、第１レンズ１９の焦点距離をｆ１とし、第２レンズ群２１の焦点距離をｆ２とすると、これらは「０＜ｆ１／ｆ２＜１．０」の関係を満たしている。さらに、第１レンズ１９の焦点距離ｆ１は、第１レンズ１９からミラー２０までの光学距離ａと、ミラー２０から第２レンズ群２１（レンズ２１ａ）までの光学距離ｂとの和（ａ+ｂ）に比べて、それよりも短くなっている。

表示素子１２は、ミラー２０から表示素子１２までの光軸１８ｂ上で、第２レンズ群２１のレンズ２１ｃと対向するように配置されている。表示素子１２は、たとえば、バックライトを備える液晶表示素子等の平面型表示素子を用いて構成されている。表示素子１２の表示面１２ａは、多数のピクセルをマトリクス状に配置した構成になっている。そして、実際に表示面１２ａに画像（視標を含む）を表示するときには、ピクセル単位で画像の表示と非表示（オン／オフ）を制御できるようになっている。また、表示素子１２の表示面１２ａは、好ましくは、対角長が１．５インチ以下の表示サイズ、より好ましくは対角長が１インチ以下の表示サイズになっており、この表示面１２ａの中心に光軸１８ｂが位置合わせされている。

上記構成からなる表示光学系１１および表示素子１２においては、表示素子１２の表示面１２ａに視標を表示したときに、被検者２が眼球位置から第１レンズ１９、ミラー２０および第２レンズ群２１を介して視標を見ることになる。その場合、眼球位置に最も近い第１レンズ１９の外径を大きくすれば、より広い範囲で視覚検査を行うことができる。ただし、第１レンズ１９の外径を大きくすると、そのレンズ端を通る主光線が光軸１８（１８ａ）に対して大きく傾くことになる。そのため、第１レンズ１９のパワーが低いと、レンズ端を通る主光線が発散してしまう。

そこで本実施の形態においては、第１レンズ１９に高いパワー（好ましくは、パワーが２０Ｄ（dioptre）以上、６０Ｄ以下）のレンズを用いることにより、第１レンズ１９のレンズ端を通る主光線を大きく屈折させてミラー２０の反射面に収めている。ただし、このように高パワーの第１レンズ１９を用いると、第１レンズ１９から第２レンズ群２１に至る光路の途中で主光線の光束が集光し焦点を結んでしまう。このため、光路の途中で焦点を結んだ主光線の光束を、表示素子１２の表示面１２ａで再度集光（結像）させるために、光軸１８ｂ上に第２レンズ群２１を配置している。また、色収差や像倍率を補正するために、第２レンズ群２１を３つのレンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃで構成している。

観察光学系１５は、被検者の眼球８を観察対象として、たとえば、瞳孔９、虹彩、強膜などを含む眼前部、あるいは網膜１０を含む眼底部などを観察するためのものである。観察光学系１５は、被検者の眼球位置から撮像素子１６までの光軸１８上に設けられている。具体的には、観察光学系１５は、被検者の眼球位置側から順に、第１レンズ１９と、ミラー２０と、第３レンズ２２とを配置した構成になっている。このうち、第１レンズ１９とミラー２０は、光軸１８ａを含めて、上述した表示光学系１１と共通（共用）になっている。また、ミラー２０から撮像素子１６までの光軸を光軸１８ｃとすると、この光軸１８ｃは、上述した光軸１８ａと略平行になっている。

第３レンズ２２は、ミラー２０から撮像素子１６までの光軸１８ｃ上に配置されている。第３レンズ２２は、正のパワーを有する非球面のレンズ（凸レンズ）を用いて構成されている。第３レンズ２２は、第１レンズ１９を対物レンズとして眼球８を観察する場合に、眼球８から第１レンズ１９に入射し、かつミラー２０を透過する光を、撮像素子１６の撮像面１６ａに結像させるものである。

撮像素子１６は、被検眼となる眼球（前眼部、眼底部など）８を撮像するものである。撮像素子１６は、赤外線に対して感度を有するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子などを用いて構成されている。撮像素子１６の撮像面１６ａは、光軸１８ｃ上で眼球８に正対する向きに配置され、この撮像面１６ａの中心に光軸１８ｃが位置合わせされている。

赤外光源１７は、被検者の眼球位置に向けて赤外線を照射するものである。赤外光源１７は、一対の赤外線発光ダイオード１７ａ，１７ｂを用いて構成されている。一対の赤外線発光ダイオード１７ａ，１７ｂは、被検者の視野を妨げないように、被検者の眼球位置に対して斜め上方と斜め下方に分けて配置されている。そして、一方の赤外線発光ダイオード１７ａは、被検者の眼球８に対して斜め上方から赤外線を照射し、他方の赤外線発光ダイオード１７ｂは、被検者の眼球８に対して斜め下方から赤外線を照射する構成になっている。

上記構成からなる観察光学系１５および撮像素子１６においては、被検者の眼球８に赤外光源１７から赤外線を照射しつつ、第１レンズ１９、ミラー２０および第３レンズ２２を介して眼球８の画像を撮像素子１６で撮像することになる。また、本実施の形態に係る視覚検査装置１は、こうして撮像される眼球８の画像に基づいて眼球８の回転運動にともなう瞳孔位置の変化を検出（追尾）し、この検出結果に応じて、表示素子１２に表示する視標の位置を補正する視標表示位置補正手段（トラッキング機能とも呼ばれる。）を備えている。視標表示位置補正手段は、後述する制御部３０によって実現される機能の一つである。視標表示位置補正手段は、固視状態にあるべき眼球８が少し回転運動したときでも、表示素子１２に表示した視標からの光が網膜１０上の同じ測定点に焦点を結ぶように、視標の表示位置を補正するものである。

制御部３０は、視覚検査に際して各種の機能（手段）を実現するものである。制御部３０は、たとえば、装置本体５よりも小さい筐体構造を有するもので、装着具６の後頭部側に装着して配置される。これにより、装置本体５と制御部３０との前後の重量バランスを保つことができる。

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard disk drive）、各種インタフェース等の組み合わせからなるコンピュータによって構成される。そして、制御部３０は、ＣＰＵがＲＯＭまたはＨＤＤに格納された所定のプログラムを実行することにより、各種の機能を実現するように構成されている。制御部３０は、プログラムの実行によって実現される機能（手段）の一例として、装置本体５に内蔵された表示素子１２や撮像素子１６、赤外光源１７などの各部の動作を制御する機能を有する。各機能を実現するための所定のプログラムは、コンピュータにインストールして用いられるが、そのインストールに先立ち、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納して提供されるものであってもよいし、あるいはコンピュータと接続する通信回線を通じて提供されるものであってもよい。

応答スイッチ３１は、被検者がスイッチング操作するものである。この応答スイッチ３１を被検者が押下操作すると、その瞬間に応答スイッチ３１からオン信号が出力される。このオン信号は制御部３０に取り込まれる。応答スイッチ３１は、被検者が手に持って操作する手動式とする。ただし、これに限らず、足踏み式のスイッチでもよい。

以上の構成に加えて、本実施の形態に係る視覚検査装置１は、図３に示すように、視度調整手段の一例となる視度調整機構３２を備えている。視度調整機構３２は、被検者２の眼球８の視力に合わせて視標の見え方を調整するものである。より具体的に記述すると、被検眼が近視眼あるいは遠視眼である場合は、表示素子１２に表示した視標の像が眼球８の網膜１０に結像せずにぼやけてしまうため、この視標を明瞭に見えるように調整する機構が視度調整機構３２である。

視度調整機構３２は、第２レンズ群２１に属するレンズ（２１ａ〜２１ｃ）のうち、少なくとも一つを光軸１８ｂの方向に移動させることによって視度を調整する。第２レンズ群２１は、表示光学系１１に属する光軸１８ａ，１８ｂのうち、観察光学系１５とは共用しない光軸１８ｂ上に配置されている。このため、第２レンズ群２１に属するレンズ２１ａ〜２１ｃのいずれを移動させても、観察光学系１５には光学的な影響を及ぼさない。

第２レンズ群２１に属するレンズ２１ａ〜２１ｃを光軸１８ｂの方向に移動させるにあたっては、それらすべてのレンズ２１ａ〜２１ｃを移動させてもよいし、一部のレンズのみを移動させてもよい。ただし、複数のレンズを移動させて視度を調整するとなると、各々のレンズの移動量や位置関係を精密に制御する必要がある。このため、視度調整機構３２全体が複雑化したり大型化したりすることが懸念される。

そこで、本実施の形態においては、第２レンズ群２１に属するレンズ２１ａ〜２１ｃのうち、いずれか一つのレンズのみ、好ましくは、光軸１８ｂ上で最も近いレンズ２１ｃのみを移動させる構成を採用している。レンズ２１ｃを移動させる機構は種々考えられる。たとえば図示はしないが、レンズ２１ｃを保持するレンズホルダーを、直動ガイドの可動部に実装し、ボールネジ機構や歯車機構などの動力伝達機構を利用して、レンズ２１ｃを直動ガイドで案内しつつ光軸１８ｂの方向に移動させる機構を採用すればよい。

また、視度調整機構３２は、たとえば図示しない回転式の調整ダイヤルを有する。この調整ダイヤルは、視度の調整を行う被検者２によって回転操作されるものである。実際に被検者２が調整ダイヤルを一方向または他方に回転操作すると、そのときの回転方向および回転量にしたがってレンズ２１ｃが光軸方向の一方または他方に移動する。

レンズ２１ｃの焦点距離は、好ましくは、１０ｍｍ超、５０ｍｍ未満、より好ましくは１５ｍｍ超、４０ｍｍ未満、さらに好ましくは１８ｍｍ超、３０ｍｍ未満とする。このように焦点距離の短いレンズ２１ｃを視度調整のためのレンズとした場合は、レンズ２１ｃを光軸方向に少し移動させただけで視度が大きく変化することになる。このため、レンズ２１ｃの移動量に対して視度の調整量が相対的に大きくなる。この場合、視度の微調整がしづらくなることが懸念されるものの、本発明者は、あえて焦点距離の短いレンズ２１ｃを移動させる構成を採用している。その理由については後述する。
ちなみに、レンズ２１ｃの焦点距離が１０ｍｍ以下の場合は、視度の調整感度が上がりすぎてしまうため、多少の調整誤差や位置誤差によって視度が大きく変化し、被検者に観察される映像の距離を最適に設定しづらくなる。また、レンズ２１ｃの焦点距離が５０ｍｍ以上の場合、視度調整による移動量が大きくなってしまい、光学系の倍率が大きく変化するため、表示素子上に表示した視標の被検者に観察される角度が視度によって異なってしまう。

＜２．表示光学系の特性＞
図４は表示光学系の特性を説明するための図である。
この図４においては、眼球８の瞳孔９を射出瞳とし、この射出瞳の中心（瞳孔中心）を主光線が通過する一方、その主光線の光束が表示素子１２の表示面１２ａに焦点を結んで結像し、その表示面１２ａを各主光線の光束の結像面として、被検者２が表示面１２ａを見る場合を想定している。また、表示光学系１１を構成する第１レンズ１９、ミラー２０および第２レンズ群２１を、一つの仮想的なレンズ１１ｖに置き換えて表示している。そして、レンズ１１ｖの焦点距離をｆ、レンズ１１ｖに対する主光線の入射角度をθ、表示面１２ａにおける像高をＹとしている。この場合、入射角度θは、上記図２に示す入射角度θに相当し、レンズ１１ｖの焦点距離ｆは、第１レンズ１９および第２レンズ群２１を含むレンズ全体の焦点距離に相当する。

本実施の形態に係る表示光学系１１は、少なくとも視覚検査の範囲内において、上記図４に示すように、被検者が眼球位置から表示光学系１１を通して視標を見るときに表示光学系１１から表示素子１２の表示面１２ａへと入射するすべての主光線が、光軸１８ｂに対して平行になるテレセントリック性を有している。これにより、表示素子１２の表示面１２ａに表示された視標を被検者がレンズ１１ｖを通して見る場合に、たとえば視標の表示位置が、「表示面１２ａの中心（光軸上）にあるとき」、「表示面１２ａの一方端にあるとき」および「表示面１２ａの他方端にあるとき」のいずれにおいても、レンズ１１ｖ（レンズ２１ｃ）から表示面１２ａに入射する主光線は、光軸１８（１８ｂ）に対して平行になる。なお、ここで記述する「平行」とは、理想的には、表示面１２ａに入射する主光線と光軸１８ｂとのなす角度が０度の場合をいうが、本明細書では、当該角度が１０度以下、より好ましくは５度以下の場合についても「平行」の概念に含むものとする。

本実施の形態においては、第１レンズ１９と第２レンズ群２１の各レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ所定の屈折率を有する非球面レンズとし、これら複数のレンズを組み合わせることにより、表示光学系１１全体でテレセントリック性を実現している。ただし、表示光学系１１にこのような光学特性を持たせるためには、表示光学系１１を構成するすべてのレンズを非球面レンズとする必要はなく、たとえば、複数の球面レンズの組み合わせ、あるいは球面レンズと非球面レンズの組み合わせによって実現することも可能である。その場合、表示光学系１１を構成する複数のレンズのなかで、少なくとも眼球位置に最も近いレンズ（本形態例であれば、第１レンズ１９）を非球面レンズによって構成することが好ましい。その理由は、眼球位置に最も近いレンズを非球面レンズによって構成した場合は、これを球面レンズで構成した場合に比べて光学設計の自由度が増すことでレンズ枚数の削減が見込め、視覚検査装置１の小型化および軽量化を図ることが可能になるためである。特に眼球位置からミラー２０までの光路が長くなることは、装置本体５が被検者の前方に長くなることに相当し、重量バランスが確保しづらくなるという問題が発生する。このため、眼球位置に最も近いレンズを非球面レンズとし前方への突出量を出来るだけ小さくすることが好ましい。

＜３．視覚検査方法＞
上記構成からなる視覚検査装置１を使用すれば、動的量的視野検査（ゴールドマン視野検査）、静的量的視野検査、眼底視野検査（マイクロペリメトリー）、網膜電図検査（ＥＲＧ）その他の検査を行うことが可能である。ここでは一例として、静的量的視野検査を行う場合について説明する。

静的量的視野検査は、次のように行われる。まず、視野内の一点に視標を呈示し、その明るさを徐々に増していく。すると、視標がある明るさになると、被検者から視標が見えるようになる。そこで、被検者が視標を見えるようになったときの明るさに対応する値を、そのときに視標を呈示している点での網膜感度とする。そして、視野内の各点について同様の測定を行うことにより、視野内の網膜感度の相違を量的に調べ、マップを作成する。このような静的量的視野検査には、自覚式検査と他覚式検査がある。本実施の形態の視覚検査装置１を使用すれば、いずれの方式の検査も行うことができる。以下、説明する。

自覚式検査は、次のように行われる。まず、ヘッドマウント型の視覚検査装置１を被検者の頭部に装着する。また、被検者の手に応答スイッチ３１を持たせる。次に、制御部３０の指令に基づき、表示素子１２の表示面１２ａの一点に視野検査用の視標を表示する。このとき、最初は視標の明るさを暗くしておき、その後、徐々に視標の明るさを増していく。そうすると、最初のうちは暗くて被検者から視標が見えなくても、視標がある明るさになると被検者の網膜が光の刺激に反応し、被検者から視標が見えるようになる。このため、被検者から視標が見えるようになったときに、被検者に応答スイッチ３１を押してもらう。被検者が応答スイッチ３１を押すと、制御部３０にオン信号が送られる。このオン信号を受けて、制御部３０は、所定の処理を行い、そのときの視標の点の明るさに対応する値をその点の網膜の感度とする。以降は、視野内の各点について同様の測定を行うことにより、視野内の網膜感度の相違を量的に調べ、網膜の感度マップを作成する。

他覚式検査は、次のように行われる。まず、ヘッドマウント型の視覚検査装置１を被検者の頭部に装着する。この場合は、被検者に応答スイッチ３１を持たせる必要はない。次に、制御部３０の指令に基づき、表示素子１２の表示面１２ａの一点に視野検査用の視標を表示する。このとき、最初は視標の明るさを暗くしておき、その後、徐々に視標の明るさを増していく。そうすると、最初のうちは暗くて被検者から視標が見えなくても、視標がある明るさになると被検者の網膜が光の刺激に反応し、被検者から視標が見えるようになる。

その際、被検者の瞳孔９の大きさ（瞳孔径）が視標の明るさに応じて変化する。具体的には、被検者の瞳孔９の径が縮小する。このときの眼球８の状態変化を撮像する。眼球８の撮像は、赤外光源１７から眼球８に向けて赤外線を照射し、これによって得られる眼球８の像光を、観察光学系１５（１９，２０，２２）を介して撮像素子１６の撮像面１６ａに結像させることにより行う。眼球８の撮像を開始するタイミングは、たとえば、表示面１２ａに視標を表示する前のタイミング、あるいは、視標の表示と同時に設定すればよい。ちなみに、人間の網膜は、赤外線に対して感度を持たないため、眼球８の状態変化に影響を与えることはない。

撮像素子１６を用いて撮像された眼球８の画像データは、制御部３０に取り込まれる。制御部３０は、視標の明るさを徐々に増やす過程で、被検者の瞳孔径が視標の明るさに反応して変化（縮小）したかどうかを、撮像素子１６から送り込まれる画像データに基づいて判断する。そして、被検者の瞳孔径が変化したと判断すると、そのときの視標の点の明るさに対応する値をその点の網膜上の感度とする。以降は、視野内の各点について同様の測定を自動的に次々と行うことにより、視野内の網膜上の感度の相違を量的に調べ、網膜上の感度マップを自動的に作成する。

また他覚式検査は、平面型表示素子１２の表示面１２ａの一点に明るい視標を表示し、瞳孔径の縮小の度合いを観察することにより感度マップを作成する単一閾上刺激法を用いても良い。

このような視覚検査を行う場合は、必要に応じて、被検者２が視度調整機構３２を用いて視度の調整を行う。視度の調整は、左右片眼ずつ行う。その際、制御部３０は、視度調整のためにＲＯＭ等に記憶されている画像を表示素子１２に表示する。このとき表示素子１２に表示する画像に特に制限はないが、被検者２から見て像のボケ具合や明瞭さが感覚的に分かりやすい形状や大きさの画像（たとえば、ランドルド環、ひらがな、カタカナ、ローマ字など）がよい。

また、検眼装置等により測定された視度を参考に、測定者が視度を決定しても良い。

ここで、第２レンズ群２１のレンズ２１ｃの初期位置は、被検者２の眼球８が近視眼でも遠視眼でもない正常眼であるときに、表示素子１２に表示された画像からの光線が、眼球８の網膜１０で焦点を結ぶように設定されている。このため、被検者２の眼球８が近視眼あるいは遠視眼であると、表示素子１２に表示された画像からの光線が眼球８の網膜１０で焦点を結ばず、その画像は被検者２から見てぼやけた画像になる。この場合、被検者２は、調整ダイヤルを回転操作することにより、レンズ２１ｃを光軸１８ｂの方向に移動させる。具体的には、被検者２の眼球８が近視眼である場合は、調整ダイヤルの回転操作によってレンズ２１ｃを初期位置よりも表示素子１２に近づく方向に移動させる。また、被検者２の眼球８が遠視眼である場合は、調整ダイヤルの回転操作によってレンズ２１ｃを初期位置よりも表示素子１２から遠ざかる方向に移動させる。これにより、被検者２の眼球８が近視眼や遠視眼であっても、表示素子１２に表示された画像からの光線が眼球８の網膜１０で焦点を結ぶようになる。このため、被検者２の眼球８に画像が明瞭に見える状態になる。

＜４．実施の形態の効果＞
本発明の実施の形態に係る視覚検査装置１によれば、以下に記述する効果の少なくとも一つが得られる。

本実施の形態に係る視覚検査装置１では、表示光学系１１の光軸１８ａ，１８ｂのうち、観察光学系１５とは共用しない光軸１８ｂ上に第２レンズ群２１を配置し、この第２レンズ群２１に属するレンズ２１ｃを移動させて視度を調整する構成を採用している。このため、観察光学系１５に影響を及ぼすことなく、視度を調整することができる。

また、上述した視標表示位置補正手段を備える場合は、次のような効果が得られる。
すなわち、仮に、視度調整のための矯正レンズを、眼球位置と第１レンズ１９との間に挿入すると、観察光学系１５の焦点位置が変わってしまう。このため、観察光学系１５を通して眼球８を撮像素子１６で撮像するときに明瞭な画像が得られなくなる。また、矯正レンズを挿入すると撮影倍率が変わるため、眼球８の画像から計算される瞳孔９の変位量と視標の表示位置の補正量との対応関係が崩れてしまう。このため、視標の表示位置を補正するときの補正量（以下、「トラッキング補正量」という。）が適正な範囲からずれてしまい、安定した視覚検査を行うことができなくなる。
これに対して、本実施の形態では、矯正レンズを挿入するのではなく、レンズ２１ｃの移動によって視度を調整するため、トラッキング補正量にずれが生じにくくなる。したがって、トラッキング補正量のずれを適正な範囲に抑えつつ、視覚検査を安定的に行うことができる。

また、視覚検査装置１においては、視度調整に際して、レンズ２１ｃの移動量をなるべく少なくすることが有効である。その理由は、以下のとおりである。
すなわち、視覚検査装置１では、被検者２の眼球８がどの程度の角度θ（図２参照）の範囲まで視標を見ることができるか確認する場合に、光軸１８ａを基準とした角度θと光軸１８ｂを基準とした視標の表示位置との対応関係を予め規定している。そして、被検者２の眼球８に対して、たとえばθ＝３０°のところに視標が呈示する場合は、θ＝３０°に対応付けて表示素子１２の表示面１２ａに設定されている位置に視標を表示している。その場合、視度調整機構３２によりレンズ２１ｃを光軸１８ｂの方向に移動させると、その移動前後で、レンズ２１ｃに入射する主光線の位置や角度が変わるため、像面の位置が変化してしまう。そうすると、上記の角度θと視標の表示位置との対応関係が崩れるため、本来であればθ＝３０°のところに呈示されるはずの視標が、そこからずれたところに呈示され、検査の正確性を欠いてしまう。したがって、上記の角度θと視標の表示位置との対応関係を精度良く維持するには、レンズ２１ｃの移動量をなるべく少なくすることが有効である。

この点、本実施の形態に係る視覚検査装置１では、第２レンズ群２１に属する３つのレンズ２１ａ〜２１ｃのうち、表示素子１２に最も近いレンズ２１ｃのみを移動させる構成を採用している。この構成では、レンズ２１ｃの移動量自体が視度の変化に直結することになるため、第２レンズ群２１に属する他のレンズ２１ａ，２１ｂを移動させる場合に比べて、視度調整に必要なレンズ移動量が相対的に少なくなる。したがって、視標の表示位置の誤差を小さく抑えることができる。特に、表示光学系１１が上記のテレセントリック性を有する場合は、レンズ２１ｃと表示素子１２との間で各主光線が光軸１８ｂと平行になっているため、レンズ２１ｃを光軸１８ｂの方向に移動させても、主光線の位置がほとんど変化しない。したがって、視標の表示位置の誤差をより一層小さく抑えることができる。

また、本実施の形態に係る視覚検査装置１では、第２レンズ群２１に属するレンズの中でも、焦点距離が１０ｍｍ超、５０ｍｍ未満のレンズ２１ｃを移動させる構成を採用している。このため、光軸１８ｂの方向にレンズ２１ｃを少し移動させるだけで視度を大きく変化させることができる。したがって、視度調整のためのレンズ２１ｃの移動量が少なくて済む。その結果、上記の角度θと視標の表示位置との対応関係を精度良く維持することができる。

＜５．変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施の形態においては、視覚検査装置１の装着具６をベルト１３，１４を用いて構成したが、被検者２の頭部３に装置本体５を装着可能な構成であれば、どのような構成の装着具６を採用してもかまわない。ただし、視覚検査中に装置本体５の位置が動いてしまうと、正しい検査結果が得られなくなる。このため、装着具６の構成としては、被検者２の頭部３に装置本体５をきちんと固定できる構成であることが好ましい。

また、上記実施の形態においては、本発明をヘッドマウント型の視覚検査装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ヘッドマウント型以外の視覚検査装置に適用してもよい。

また、上記実施の形態においては、液晶表示素子を用いて表示素子１２を構成するとしたが、本発明はこれに限らず、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示素子を用いてもよい。

また、上記実施の形態においては、表示光学系１１を合計４つのレンズで構成するとともに、観察光学系１５を合計２つのレンズ（そのうちの一つは表示光学系１１と共用）で構成したが、各々の光学系を構成するレンズの個数は、必要に応じて変更可能である。ただし、第２レンズ群２１については、正のパワーを有するレンズと負のパワーを有するレンズを組み合わせて色収差や像倍率を補正するため、複数個のレンズで構成することが好ましい。また、ミラー２０をダイクロイックミラーで構成してもよい。

１…視覚検査装置
２…被検者
３…頭部
５…装置本体
６…装着具
７…筐体
８…眼球
９…瞳孔
１１…表示光学系
１２…表示素子
１２ａ…表示面
１５…観察光学系
１６…撮像素子
１７…赤外光源
１８…光軸（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）
１９…第１レンズ
２０…ミラー
２１…第２レンズ群
２１ｃ…レンズ
２２…第３レンズ
３２…視度調整機構

Claims (5)

1. 被検者に視標を表示するための表示素子と、
   前記被検者の眼球が配置される眼球位置から前記表示素子までの光軸上に、第１レンズと、波長選択性を有するミラーと、第２レンズ群とを順に配置してなる表示光学系と、
   前記眼球位置に配置された前記被検者の眼球を撮像するための撮像素子と、
   前記眼球位置から前記撮像素子までの光軸上に配置された観察光学系と、
   前記被検者の視度を調整する視度調整手段と、
   を備え、
   前記表示光学系と前記観察光学系とは、前記眼球位置から前記ミラーまでの光軸を共用し、
   前記第２レンズ群は、前記観察光学系とは共用しない光軸上に配置され、
   前記視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズを光軸方向に移動させて視度を調整する
   ことを特徴とする視覚検査装置。
2. 前記視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズのうち、前記表示素子に最も近いレンズを移動させて視度を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載の視覚検査装置。
3. 前記視度調整手段は、前記第２レンズ群に属するレンズのうち、焦点距離が１０ｍｍ超、５０ｍｍ未満のレンズを移動させて視度を調整する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の視覚検査装置。
4. 前記表示光学系は、少なくとも視覚検査の範囲内において、前記被検者が前記眼球位置から当該表示光学系を通して視標を見るときに当該表示光学系から前記表示素子の表示面へと入射するすべての主光線が、前記光軸に対して平行になるテレセントリック性を有する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の視覚検査装置。
5. 前記撮像素子で撮像した眼球の画像に基づいて瞳孔位置の変化を検出し、この検出結果に応じて、前記表示素子に表示する視標の位置を補正する視標表示位置補正手段を具備する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の視覚検査装置。
   

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