JP4745550B2 - 角膜測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼の角膜に視標光束を投影し、その角膜反射像により角膜形状を測定する角膜測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角膜測定装置は、被検眼の角膜にリング状スリット等の視標を投影してその反射像を撮像素子などで撮像し、得られたリング状スリット等の角膜反射像を解析することによって、角膜形状の情報を曲率半径等の測定値として得ている。
【０００３】
また、装置光軸の周りに配置された複数の固視標を順次に呈示して被検眼に固視させた状態で、角膜周辺部にリング状スリット等の角膜測定視標を投影し、その視標像を検出することにより角膜の周辺部の曲率を測定する方法が、特許公報第２９６２８４５号で提案されている。
【０００４】
更に、角膜測定装置において、被検眼の角膜位置の変動による測定誤差を軽減するために、角膜に位置合わせ用の視標光束を投影し、その角膜による反射視標像を観察して位置合わせを行っている。
【０００５】
近年では、角膜に投影された位置合わせ用の角膜反射視標像を光電的に検出して、その角膜反射視標像と測定部の光軸とが一致するように、装置測定部が固定された３軸方向に駆動する駆動手段を制御して、測定部を被検眼に自動的に位置合わせする眼科装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例のような被検眼の角膜周辺部の形状を測定する角膜測定装置では、先ず被検眼と装置との位置合わせを行い、所定位置関係になったときに装置光軸方向から被検眼に固視標を呈示し、これを固視させて角膜中心形状を測定し、次に例えば装置光軸に対し斜め上方向から被検眼に固視標を呈示し固視させる。
【０００７】
このとき、被検眼に装置光軸に対し水平面内の斜め方向から固視標を呈示して固視させた場合と、装置光軸に対し鉛直面内の斜め方向から固視標を呈示して固視させた場合とでは、装置に対する被検眼の移動量が異なることが、経験的に確認されている。
【０００８】
従って、角膜上に投影されたリング状のスリット光などによる角膜形状測定用視標の角膜反射リング像は、装置の光軸に対して偏心してしまうために、操作者は再び被検眼と装置との位置合わせを行う必要が生ずる。
【０００９】
そして、この位置合わせが終了すると、角膜の第１の周辺部の測定を行うが、このとき被検眼は装置光軸に対し斜め上方を向いているので、角膜形状測定用視標からの光束は角膜の下方の周辺部を照明することになる。このために、固視標の投影方向を斜め右、斜め下、斜め左の方向から呈示して固視させ、その度毎に位置合わせをし直し、角膜の左方、上方、右方の周辺部を順次に測定することになる。
【００１０】
このように従来の装置は、操作が非常に煩雑なために操作者の技量と熟練を必要とし、位置合わせの再現性に欠けるので、安定した測定を行うことが困難である。
【００１１】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、構成を複雑化することなく、精度良く被検眼と装置との位置合わせが可能で、かつ精度の高い周辺部の角膜形状を測定する角膜測定装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る角膜測定装置は、被検眼の角膜を測定する測定手段と、角膜の周辺部の角膜を測定するために前記測定手段の光軸の周りに配置された複数の固視標と、これらの複数の固視標の内の点灯した固視標の位置に応じて、前記測定手段を角膜中心部を測定する位置から移動させる制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施の形態の構成図を示し、被検眼Ｅに対向してダイクロイックミラー１を配置し、ダイクロイックミラー１の透過方向の光路Ｏ１上には、眼屈折力測定用対物レンズ２、ビームスプリッタ３、投影レンズ４、ピンホールを有する指標板５、近赤外光を発する眼屈折力測定用光源６を順次に配列する。また、ビームスプリッタ３の反射方向の光路Ｏ２上に、眼屈折力測定手段７を配置する。
【００１４】
一方、ダイクロイックミラー１の反射方向の光路Ｏ３上には、角膜形状測定用対物レンズ８、ダイクロイックミラー９、図２に示すように光軸中心と光軸外の同心円上に緑色の光を発する複数のＬＥＤ１０ａ〜１０ｉを配置した固視標１０を配列し、固視標１０は眼底と略共役な位置に配置する。また、ダイクロイックミラー９の反射方向の光路Ｏ４上には、結像レンズ１１、光路Ｏ４に挿脱可能なピンホール状の角膜形状測定用絞り板１２、ＣＣＤカメラなどの二次元撮像素子１３を配列する。
【００１５】
更に、被検眼Ｅとダイクロイックミラー１の間には、光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用光源１４を配置し、その外側には１対の前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂを光軸と対称に配置する。このリング状の角膜形状測定用光源１４と前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂは、眼屈折力測定用光源６の波長よりも１００ｎｍ程短い波長の近赤外光を発する。
【００１６】
そして、ダイクロイックミラー１から二次元撮像素子１３までの部材、及び角膜形状測定用光源１４と前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂは、１個の筐体に保持して検査部１６を形成する。この検査部１６は図示しない架台上に載置し、架台には検査部１６を水平方向に動かすＸ軸用モータ１７、鉛直方向に動かすＹ軸用モータ１８、装置光軸である光路Ｏ１方向に動かすＺ軸用モータ１９を取り付け、電動によりＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動可能としている。
【００１７】
ここで、ダイクロイックミラー１は眼屈折力測定用光源６が発する波長の光の大部分を透過して一部分を反射し、また可視光と前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂ及びリング状の角膜形状測定用光源１４が発する波長の光を反射する特性を有している。また、ダイクロイックミラー９は可視光を透過し、近赤外光を反射する特性を有している。
【００１８】
更に、装置の全ゆる制御を行うために演算処理部２０を設け、撮像素子１３の出力はＡ／Ｄ変換器２１、画像メモリ２２を介して演算処理部２０に接続する。また、演算処理部２０の出力は、Ｄ／Ａ変換器２３を介してテレビモニタ２４に接続し、更に各モータ１７、１８、１９の駆動制御を行う駆動制御部２５、操作者が装置を操作するためのスイッチなどを配置した操作部２６に接続する。
【００１９】
この他に、図１では省略しているが、リング状の角膜形状測定用光源１４と前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂ、眼屈折力測定用光源６、角膜形状測定用絞り板１２を挿脱するためのモータなどを演算処理部２０に接続している。
【００２０】
以上の構成により、初めに位置合わせを行う。図示しない顎受け台に被検者の顔を固定し、操作者はテレビモニタ２４に被検眼Ｅの像が写っていることを確認する。次に、操作者は操作部２６に設けたモード選択スイッチを操作して周辺角膜形状測定モードを選択し、操作部２６に設けた測定開始スイッチを押す。
【００２１】
装置が測定動作を開始し、固視標１０の光軸中心に配置したＬＥＤ１０ａが点灯し、被検眼Ｅに呈示され固視させる。同時に、前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂにより被検眼Ｅが照明される。前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂによる前眼部付近からの反射散乱光はダイクロイックミラー１を反射し、角膜形状測定用対物レンズ８により略平行光とされ、ダイクロイックミラー９を反射し、結像レンズ１１により測定用絞り１２を介して、二次元撮像素子１３上に結像する。
【００２２】
そして、二次元撮像素子１３の出力信号はＡ／Ｄ変換器２１によってデジタル信号に変換され、演算処理部２０、Ｄ／Ａ変換器２３を介して、テレビモニタ２４上に前眼部像Ｅ’として映し出される。同時に、デジタル信号に変換された前眼部像Ｅ’のデータは画像メモリ２２に記憶され、この記憶された前眼部像データから、演算処理部２０は被検眼Ｅの瞳孔を抽出して瞳孔中心位置を検出する。
【００２３】
この瞳孔中心位置の検出方法は、例えば被検眼Ｅの前眼部を十分に照明すると、前眼部像Ｅ’の明るさは瞳孔が最も暗く、虹彩、強膜の順で明るくなるために、適当な閾値で２値化処理することによって瞳孔の境界を求めることができ、これにより瞳孔中心位置を算出することができる。
【００２４】
瞳孔中心位置が検出されると、演算処理部２０は検査部１６の光軸と瞳孔中心位置との光軸に垂直な面内でのずれ量を算出し、それらが一致するように駆動制御部２５を介してＸ軸用モータ１７とＹ軸用モータ１８を制御する。１回目の瞳孔中心位置検出及びモータ駆動が終了すると、演算処理部２０は再び瞳孔中心位置検出を行い、装置測定光軸とのずれ量が予め設定した許容内にあるかを判断する。
【００２５】
許容内にない場合には、演算処理部２０は検査部１６の光軸と瞳孔中心位置との光軸が一致するように、再び駆動制御部２５を介しＸ軸用モータ１７及びＹ軸用モータ１８を制御し、再度瞳孔中心位置と装置測定光軸とのずれ量が許容内にあるかを判断する。
【００２６】
許容内にあると判断した場合には、演算処理部２０は眼屈折力測定用光源６を点灯する。眼屈折力測定用光源６から射出した光束は、指標板５を照明し、そのピンホール部を透過し、投影レンズ４を介して一旦眼屈折力測定用対物レンズ２の後側焦点面近傍で指標板５のピンホールの像を形成した後に、対物レンズ２により略平行光とされ、その大部分がダイクロイックミラー１を透過して被検眼Ｅに達する。
【００２７】
被検眼Ｅに達した光束は角膜Ｅｃにより反射され、角膜曲率中心と角膜頂点の中点位置に反射光束の角膜反射視標像Ｐを形成し、その光束の一部がダイクロイックミラー１で反射され、角膜形状測定用対物レンズ８により略平行光とされ、ダイクロイックミラー９により光路Ｏ４に偏向され、結像レンズ１１により二次元撮像素子１３上に達して前眼部像と共に撮像され、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル化されて画像メモリ２２に記憶される。
【００２８】
次に、演算処理部２０は画像メモリ２２に記憶された画像情報から、角膜視標像Ｐの重心位置及びピント状態を検出する。角膜視標像Ｐは前眼部像の中で最も明るいので、この角膜視標像Ｐの重心位置は、適当な閾値で２値化処理することによって求めることができ、同時に角膜視標像Ｐの走査線方向の微分波形などにより、角膜視標像Ｐのピント状態の検出も行う。なお、角膜視標像Ｐの検出が困難な場合には、前眼部照明用光源１５ａ、１５ｂを消灯すれば、容易に角膜視標像Ｐの検出を行うことができる。
【００２９】
演算処理部２０は角膜視標像Ｐの重心位置が検出されると、検査部１６の光軸と角膜視標像Ｐの重心位置との光軸に垂直な面内でのずれ量を算出し、それらが一致するようにＸ軸用モータ１７とＹ軸用モータ１８を駆動制御部２５を介して制御する。そして、角膜視標像Ｐのピント状態が許容内にない場合は、Ｚ軸用モータ１９を駆動制御部２５を介して所定量駆動する。
【００３０】
１回目の角膜視標像Ｐの重心位置及びピント状態の検出及びモータ駆動が終わると、演算処理部２０は再び角膜視標像Ｐの重心位置及びピント状態の検出を行い、Ｘ方向とＹ方向の装置測定光軸とのずれ量が予め設定してある許容内にあるかを判断し、ピント状態の変化を比較する。
【００３１】
ピント状態の変化を比較して、ピント状態が良くなっている場合には、再び前回と同じ方向にＺ軸用モータ１９を所定量駆動し、ピント状態が悪くなっている場合には、前回とは逆方向にＺ軸用モータ１９を所定量駆動して、再びピント状態の変化を比較する。演算処理部２０は検出したピント状態が許容内に入るまでこの動作を繰り返す。
【００３２】
このようにして、被検眼Ｅと検査部１６との位置合わせが終了すると、演算処理部２０は既知の方法で被検眼Ｅの屈折力を測定し、固視標１０を被検眼Ｅの眼底と共役な位置に光路Ｏ３に沿って移動する。ここで、演算処理部２０は再び角膜視標像Ｐの重心位置及びピント状態の検出を行って、被検眼Ｅと検査部１６との位置合わせを行う。
【００３３】
被検眼Ｅと検査部１６との位置合わせが終了すると、演算処理部２０は角膜中心部の角膜形状測定を開始する。先ず、演算処理部２０は光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用光源１４を点灯すると同時に、光路Ｏ４にピンホール状の角膜形状測定用絞り板１２を挿入する。
【００３４】
角膜形状測定用光源１４から発した光束は、角膜Ｅｃにより反射されてリング状の角膜測定リング像を形成し、ダイクロイックミラー１で反射され角膜形状測定用対物レンズ８により略平行光とされ、更にダイクロイックミラー９で反射され、結像レンズ１１により角膜形状測定用絞り板１２を介して二次元撮像素子１３上に結像し、テレビモニタ２４に映出される。このとき、ピンホール状の角膜形状測定用絞り板１２によって被検眼Ｅと装置との距離が変動しても、角膜Ｅｃに投影された角膜形状測定用光源１４による二次元撮像素子１３上の角膜反射像の大きさが変動しないように、角膜形状測定用光源１４からの光束は制限されている。
【００３５】
図３はこのときに、Ｄ／Ａ変換器２３を介してテレビモニタ２４上に映し出された前眼部像Ｅ’である。Ｒは角膜形状測定用光源１４の角膜反射像である角膜測定リング像、Ｐは眼屈折力測定用光源６の角膜反射像である角膜視標像、Ａは画面に合成された位置合わせ視標である。
【００３６】
二次元撮像素子１３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２１によってデジタル信号に変換され、画像メモリ２２に記憶される。演算処理部２０は記憶されたデータからリング状の角膜測定リング像Ｒを楕円に近似して、角膜中心部の角膜形状をトーリック面として求める。
【００３７】
図４及び図５は、周辺部の角膜形状測定を行う際に，被検眼Ｅに固視標１０のＬＥＤ１０ｂ及びＬＥＤ１０ｅを呈示して、固視させた場合の様子を示している。図４は被検眼がＬＥＤ１０ｂを固視した、つまり右斜め方向を固視している場合、図５はＬＥＤ１０ｅを固視した、つまり上斜め方向を固視している場合である。
【００３８】
装置光軸に対して同じ所定角度で右斜め方向を固視した場合と、上斜め方向を固視した場合とでは、被検眼Ｅの検査部１６に対する移動量が異なり、右斜め方向を固視した場合の方がより大きく移動することが経験的に確認されている。また、右斜め方向を固視した場合と、左斜め方向を固視した場合の被検眼Ｅの検査部１６に対する移動量はほぼ等しく、上斜め方向を固視した場合と下斜め方向を固視した場合の被検眼Ｅの検査部１６に対する移動量は、ほぼ等しいことも確認されている。
【００３９】
図６は装置光軸に対して或る角度から投影された固視標を、被検眼Ｅが固視している様子を簡略的に示している。Ｉは被検眼Ｅの固視方向、Ｐは位置合わせのための角膜視標像Ｐである。角膜視標像Ｐは光路Ｏ１と平行照明光の角膜Ｅｃによる反射像なので、角膜曲率中心から光路Ｏ１と平行方向へ角膜曲率半径の１／２の距離の位置にある。このように、被検眼Ｅが装置光軸に対して或る角度方向を固視した場合には、被検眼Ｅの装置に対する位置は移動し、位置合わせのための角膜視標像Ｐも装置光軸からΔだけ偏心した位置に現れる。
【００４０】
角膜中心部の角膜形状測定が終了すると、第１の角膜周辺の形状測定を開始する。演算処理部２０は測定した角膜中心部の角膜形状の乱視軸方向を求め、その弱主経線方向に最も近い方向と、それと直交する方向の４つの固視標を、ＬＥＤ１０ｂ〜ＬＥＤ１０ｉの中から選択する。ここでは、被検眼Ｅの角膜乱視の弱主経線方向が０度方向、つまりＬＥＤ１０ｂ、ＬＥＤ１０ｄの方向であるとしている。
【００４１】
演算処理部２０は４つの固視標ＬＥＤ１０ｂ、ＬＥＤ１０ｃ、ＬＥＤ１０ｄ、ＬＥＤ１０ｅを選択し、初めに第１の固視標であるＬＥＤ１０ｂを点灯して被検眼Ｅに呈示する。被検眼ＥがＬＥＤ１０ｂを固視すると、図４に示すような観察像がテレビモニタ２４に写し出される。次に、演算処理部２０は駆動制御部２５を介してＸ軸用モータ１７を制御し、検査部１６を被検眼Ｅに向かって左方に予め設定されている距離だけ移動する。テレビモニタ２４上では、図７に示すように角膜測定リング像Ｒと角膜視標像Ｐはほぼその中心に位置する。
【００４２】
次に、操作者は操作部２６に設けた測定開始スイッチを押す。演算処理部２０は一旦角膜形状測定用光源１４を消灯し、二次元撮像素子１３からの出力をＡ／Ｄ変換器２１によりデジタル化して画像メモリ２２に記憶し、この画像情報から角膜視標像Ｐの重心位置及びピント状態を検出する。このとき、被検眼Ｅの移動方向に予め検査部１６を移動させているので、角膜視標像Ｐが画像の中心付近に存在することになり、容易に角膜視標像Ｐの重心位置及びピント状態を検出することができる。
【００４３】
演算処理部２０は上述の位置合わせと同様な制御を行い、被検眼Ｅと検査部１６との位置合わせを完了させる。位置合わせが完了すると、中心部の角膜形状測定と同様に、光軸を中心としたリング状の角膜形状測定用光源１４を点灯し、同時に光路Ｏ４にピンホール状の角膜形状測定用絞り板１２を挿入し、二次元撮像素子１３に結像した角膜測定リング像Ｒを画像メモリ２２に記憶する。記憶されたデータからリング状の角膜測定リング像Ｒを楕円に近似し、第１の周辺部の径線方向の角膜形状を求める。
【００４４】
第１の周辺部の角膜形状測定が終了すると、第２の角膜周辺の形状測定を開始する。演算処理部２０は第２の固視標であるＬＥＤ１０ｅを点灯し、被検眼Ｅに呈示し固視させる。同時に、駆動制御部２５を介してＸ軸用モータ１７及びＹ軸用モータ１８を制御し、検査部１６を中心部の角膜形状測定を行った位置から上方に、予め設定されている距離だけ移動する。これにより、第１の周辺部の角膜形状測定時と同様に、角膜測定リング像Ｒと角膜視標像Ｐは、ほぼテレビモニタ２４の中心に位置するようになる。
【００４５】
装置光軸に対して同じ所定角度で、右斜め方向を固視した場合よりも上斜め方向を固視した場合の方が、被検眼Ｅの検査部１６に対する移動量が小さいので、第２の周辺部の角膜形状測定時の検査部１６の移動量は、第１の周辺部の角膜形状測定時の検査部１６の移動量よりも小さく設定されている。
【００４６】
次に、操作者は操作部２６の測定開始スイッチを押す。演算処理部２０は第１の周辺部の角膜形状測定時と同様の制御を行い、第２の周辺部の径線方向の角膜形状を求める。以後、同様に第３の固視標であるＬＥＤ１０ｄ、及び第４の固視標であるＬＥＤ１０ｃを被検眼Ｅに固視させて、第３、第４の周辺部の角膜形状を測定する。
【００４７】
本実施の形態では、角膜周辺部の角膜形状測定の際に、第１の固視標を呈示した後に測定動作を待機するようにしたが、所定時間待機した後で自動的に位置合わせを行って第１の周辺部の角膜形状測定を完了し、第２の固視標を呈示して所定時間待機した後に、自動的に位置合わせを行って、第２の周辺部の角膜形状測定を完了し、以降同様に第３、第４の周辺部の角膜形状測定を連続的に自動で行うようにしてもよい。
【００４８】
また、被検眼Ｅの中心部の角膜乱視の弱主経線の方向が４５度又は１３５度に近い場合には、固視標１０の複数のＬＥＤ１０ａ〜１０ｉの内、ＬＥＤ１０ｆ、ＬＥＤ１０ｇ、ＬＥＤ１０ｈ、ＬＥＤ１０ｉを選択する。この場合には、被検眼Ｅに固視標１０を呈示した後に、駆動制御部２５を介してＸ軸用モータ１７、Ｙ軸用モータ１８を制御して検査部１６を移動させる距離は、全て同じ所定の移動量である。
【００４９】
更に本実施の形態では、角膜形状測定用対物レンズ８を介して固視標１０を被検眼Ｅに呈示する構成としたが、角膜形状測定用光源１４の内側に光軸対称に同心円状に複数個配置してもよい。この場合には、被検眼Ｅに固視標１０を固視させた後に検査部１６を移動すると、固視標１０の方向も変ってしまうが、予め設定される検査部１６の移動量を、そのために移動する固視標１０の移動量を考慮して設定するようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る角膜測定装置は、角膜の周辺部を測定するために、光軸周りに対称に配置された複数の固視標を設け、被検眼に呈示した固視標毎に検査部を予め設定されている方向へ所定距離移動することによって、被検眼と装置との位置合わせを容易に行うことができるので、短時間で角膜周辺部の形状測定を実施することができる。
【００５１】
更に簡単な構成で、装置が自動的に固視の誘導、位置合わせ及び測定を行うことができるので、操作者の技量や熟練度に関係なく、安定した高い精度の測定を常に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態の構成図である。
【図２】 固視標の正面図である。
【図３】 前眼部像の説明図である。
【図４】 前眼部像の説明図である。
【図５】 前眼部像の説明図である。
【図６】 角膜位置の移動の説明図である。
【図７】 前眼部像の説明図である。
【符号の説明】
２、８ 対物レンズ
５ 指標板
６ 眼屈折力測定用光源
７ 眼屈折力測定手段
１０ 固視標
１０ａ〜１０ｉ ＬＥＤ
１２ 角膜形状測定用絞り板
１３ 二次元撮像素子
１４ 角膜形状測定用光源
１５ａ、１５ｂ 前眼部照明用光源
１６ 検査部
１７〜１９ モータ
２０ 演算処理部
２２ 画像メモリ
２４ テレビモニタ
２５ 駆動制御部
２６ 操作部

Claims (5)

1. 被検眼の角膜を測定する測定手段と、
   前記測定手段の光軸の周りに配置された複数の固視標と、
   前記複数の固視標の内の点灯した固視標の位置に応じて、前記測定手段を角膜中心部を測定する位置から移動させる制御手段と、
   を有することを特徴とする角膜測定装置。
2. 被検眼の角膜を測定する測定手段と、
   点灯した固視標の位置に応じて前記測定手段を角膜中心部を測定する位置から移動させる制御手段と、
   を有することを特徴とする角膜測定装置。
3. 前記制御手段は、前記被検眼に上方又は下方を固視させるための前記固視標を点灯させる場合よりも、左方又は右方を固視させるための前記固視標を点灯させる場合の方が、前記測定手段の移動量が大きくなるように制御する請求項１あるいは２に記載の角膜測定装置。
4. 前記測定手段は、前記移動させた後、前記被検眼の角膜周辺部の形状を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の角膜測定装置。
5. 光路に挿脱可能な角膜形状測定用絞り手段を有し、
   前記制御手段は、前記被検眼と前記測定手段との位置合わせが完了した場合に、前記角膜形状測定用絞り手段を前記光路に挿入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の角膜測定装置。

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