JPS63181735A - 角膜形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、眼の角膜形状を自動的に測定するオフサルモ
メータに関する。

［従来技術］ 白内障治療において、近年眼内レンズを移植して治療す
ることが増加している。この手術は、角膜周辺部を切開
し白濁した水晶体を摘出し、代りに眼内レンズを移植し
た後、切開部分を縫合して行うが、この縫合のための糸
の引っ張り加減によって、角膜乱視が発生することが知
られている。

このため手術中に角膜形状を測定しながら縫合の加減を
コントロールすることが行われている。

このための装置として手動の通称ケラトメータが手術顕
微鏡に組込まれたものが知られているが、操作が煩雑で
、しかも術者の指先が汚染される危険がある等の問題が
あった。

また近年角膜の曲率を自動的に測定する通称オートケラ
トメータが普及するに至っており、これらの基本的動作
原理を示す特許も数多く出願されている。例えば、特開
昭５８−５４９２７号公報、特開昭６１−８５９２０号
公報等である。

これらの方式の１つの問題点は、測定のためのアライメ
ントの許容範囲が狭いことである。角膜上にできる指標
の大きさが約３Ｍｎであるので、受光素子にこの指標を
結像させるには、アライメントの許容範囲を指標の大き
さよりも大きくとることができない。ところが、手術中
に於けるアライメントは手術顕微鏡に取り付けられた測
定部を手術顕微鏡と一体で動かす必要が有ること、手術
中の被検者に固視標を設は固視させることが出来ないこ
とから、これらのオートケラトメータを手術顕微鏡に取
り付ける場合は、アライメントが極めて難しい。

２つ目の問題点として角膜に指標を投影し、投影像の大
きさから角膜形状を測定するオフサルモメータに於いて
は、被検眼角膜と指標及び結像系（受光系）対物レンズ
との距離が測定精度に影響を及ぼすため、この距離を正
確に合せて測定する必要がある点である。

被検眼角膜と指標との距離によって投影像の大きさが変
化するが、この点については投影光学系をテレセントリ
ック光学系とし投影レンズからの出射光束を平行光束と
する技術が公知であるが、投影部が大きくなる欠点が有
る。

又、投影像を受光素子上に結像させる光学系に於いても
対物レンズと被検眼角膜との距離によって光学系倍率が
変化し測定誤差の要因となることが知られている。これ
も前記同様に対物レンズの像側焦点位置にテレセンドリ
ンク絞りを配置することによりある程度改善がｊテい得
る。しかしながら手術顕微鏡に取り付けて使用するオフ
サルモメータに於いて操作性を良くするためには、手術
顕微鏡の観察系を用いてアライメントをすることが望ま
しいが、前記の角膜までの距離合わせを観察系のピント
合わせによって行った場合、手術顕微鏡で一般に用いら
れる対物レンズの焦点距離は、ｆ＝１７５〜２００ｍと
長いために焦点深度が深く、また空中像での観察のため
測定者の視度変化によってもピント位置が異なってしま
い、測定誤差が生ずる。

３つ目の問題として特開昭５６−６６２３５号公報や特
開昭５８−５８０２５号公報等では、二次元位置検出素
子や撮像素子を用いての角膜形状測定器への応用が示さ
れているが、手術顕微鏡に取り付けて使用した場合、観
察系の照明光が、角膜に投光され、このために角膜上に
明るい照明光像ができ、指縁像と照明光像とを誤認し測
定誤差を生ずる原因となる。

［発明の目的コ 本発明は上記問題点に鑑み、照明光束等の影響を受けず
、アライメントが容易なオフサルモメータ、とりわけ手
術顕微鏡に付属させるのに好適なオフサルモメータを提
供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達するために本発明は、被検眼の角膜上に指
標を投影する投影手段と、前記指標像を撮像素子上に結
像するための結像光学系と、前記指標像を撮像素子上に
導くための撮像光学系と、撮像素子からの映像信号をデ
ジタイズし画像メモリに記憶する手段と、前記記憶され
た映像信号から角膜形状測定に必要な像のみを抽出する
手段と、抽出された像の位置関係から角膜形状を演算す
る手段を有することを特徴としている。

［本発明の実施例］ まず、本発明の前提となる測定原理を説明する。

第５図は、本発明の実施例の測定原理を説明する説明図
で、円環状の指標を角膜上に投影したときに、角膜上に
できる角膜反射像を表しているものとする。図示なき円
環状の指標を角膜上に投影した際、角膜が球面の場合は
、半径ａの円ができる。角膜がトーリック面の場合長径
線ｂ；、短径線ｂ２の楕円ができる。ここで、円上の点
（Ａ）（Ｂ）が楕円上の（Ａ’）　　（８’）に対応し
ているものとする。さらに、楕円は原点を中心にＸ軸よ
り（ｅ）だけ傾いているものとする。

ここで、（Ａ＞から（Ａ′）への変化量の（ｘ。

ｙ）成分をそれぞれ（ΔＡＸ＞（△Ａｙ＞、（Ｂ）から
（Ｂ）への変化量の（ｘ、、ｙ）成分をそれぞれ（ΔＢ
Ｘ）（ΔＢｙ）とすると、 以下の関係が成立する。

Δ　Ａ　ｘ＝ｂ＋ｃｏ？ｅ＋ｂ、Ｌｓ　　ｌ　　　ｎｅ
−ａ　　　　・　　　（１）ΔＡＶ＝（ｂｌ−ｂｌ）ｓ
　ｉ　ｎｅ　−ｃＯ８ｅ−（２）ΔＢｘ＝　（ｂｌ−ｂ
２）　ｓ　ｉ　ｎＯ−ｃｏｓθ・（３）Δ５ｙ＝ｂ＋ｓ
　Ｉ　ｎｅ＋ｂ２ｃＯ５θ−ａ−（４）これより、ｂｌ
Ｓｂ２、θは次の式で表わすことができる。

・・・　（５） （Ａ′）と（Ｃ′）の２点間の中心を求めることにより
原点Ｏの位置を求める。

以上、基準円上の点（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の各（ｘ、ｙ）
座標をあらかじめ記憶させるとともに、形状が未知の角
膜によりできる点（Ａ’）　　（Ｂ’）（Ｃ′）の各（
ｘ、ｙ）座標を検出することにより、角膜形状の測定が
可能となる。

次に楕円形状と角膜トーリック面形状との関係について
、第６図により説明する。

光軸Ｏに対しαの角度をもってコリーメイトされた点光
源を角膜上に投影する。このときできる像の光軸からの
距離をｂｌとすると、この断面における角膜曲率半径Ｒ
ｂｌは次式により表すことがで同様に光軸０からの距離
ｂ２の像ができるときの角膜曲率半径ＲｂＪよ次式によ
り表すことができる。

ることにより、長径のＲｂ１、短径のＲｂ２．を求める
ことができる。

第１図はこの測定原理に基づく本発明の１実施例の光学
系の配置図である。

発光ダイオード等の点光源（１ａ）、（１ｂ）より出射
した光はコリメーティングレンズ（２ａ）（２ｂ）によ
り平行光束となり、被検眼角膜に（α）の角度をもって
投影され、点光源像（３ａ）（３ｂ）ができる。

同様に点光源を光軸に９００回転させた位置にある図示
なき点光源７Ｃより出射した光は図示なき点光源像（３
Ｃ）をつくる。

結像レンズ４は撮像素子７の撮像面と点光源（１ａ）（
１ｂ）（１ｃ）が共役となる位置ニ装置され、撮像素子
の撮像面上に点光源像が結像する。光路はロータリーソ
レノイド６で回転駆動される開口マスク５により変更さ
れる。

第４図は、間口マスクの形状例を示す。

９は開いている開口部で、８は閉じている開口部である
。

第７図は、本発明の実施例の電気系のブロック回路図で
ある。

撮像素子７は、ＣＣＤを使用したＴＶカメラ２１である
。このＴＶカメラは標準ＴＶ信号を出力するものであれ
ば、とくに問題はないが、小型、撮像歪のない等の特徴
があるＣ０ＤＴＶカメラが有利である。ＴＶカメラから
の信号は、同期信号を含んだコンポジットビデオ信号で
あるが、後に水平垂直の同期信号を分離しなければなら
ないことを考えると外部同期式のセパレートタイプの出
力を持つＴＶカメラがよい。

ＴＶカメラ２１からの映像信号は、コンポジットビデオ
信号の場合同期分離回路２２を必要とする。ここでビデ
オ信号と同期信号が分離される。

分離された同期信号は、水平・垂直同期分離回路２８に
よつ、て水平同期信号と垂直同期信号に分離される。こ
れらの同期信号はフレームメモリ２６にビデオ信号を書
込むときのフレームメモリアトムレスを生成するのに使
う。

またビデオ信号は増幅器２３により、適当な振幅に増幅
した後、〜翁コンパータ２４に入力されデジタイズされ
る。デジタイズされた画像データは、同期信号に基づき
フレームアドレスジェネレータ２９によって生成された
フレームメモリアドレスの番地のメモリに記憶される。

またへもコンバータを通した後の画像データ信号ライン
の画像データバスと画像メモリの読みだしデータバスは
論理演算ユニット３２にそれぞれ接続され、画像間演算
が可能である。この画像間演算機能により始めに測定用
の点光源が消灯時の画像を記憶した後、点光源が点灯し
ている画像データから引き算することにより手術顕微鏡
の観察照明による影響を除去できる。画像間演算された
画像データはコンパレータ３３によって予め設定された
輝度レベルと比較され、画像データの明るい部分のデー
タのみを取りだす。ここで取ったされるデータは、２種
類あり、１つは輝度値、もう１つがフレームメモリアド
レスで、撮像素子上の位置を示す。この２つのデータは
データメモリ３６に記憶される。この処理により点光源
を光束に取りだすことが可能となる。データメモリ３６
から各点光源像の中心座標が求められ、マイクロコンピ
ュタ回路３７により前記した測定原理に基づく計算処理
が行なわれ被検者の角膜形状が求められる。

次に測定値の誤差の補正を第２図、第３図に従って説明
する。

作動距離の変化による測定値の誤差の補正の基本的な考
え方は開口マスクの２つの位置における画像から得られ
た各点光源像の位置変化量を求め、この値と２つの開口
マスク間距離の変化量、結像レンズの焦点距離、結像レ
ンズと撮像面までの距離等の値から作動距離の変化量を
求めて補正する。

第２図は測定時の作動距離を求める具体的な考え方を示
す。

１は基準作動距離、１′は測定時作動距離、Ｈは開口マ
スク間距離、ｈは測定時光束円の大きさ、ｆは結像レン
ズの焦点距離、ｍは結像レンズと撮像面までの距離、ｍ
ｌは測定時結像レンズと結像点までの距離を示す。

測定時作動距離は次のようにして求める。

（２）より （１）へ（３）式を代入 測定誤差を補正する項目の１つとして、第６図における
αが作動距離によって変化するため前記（８）式および
（９）式のαをその都度計算して利用する。

また、作動距離の変化に伴う結像光学系の倍率変化によ
る測定誤差の補正は、結像し、ンズと角膜までの距離と
、結像レンズと撮像面までの距離によって求める。

第３図はこの補正の基本的な考え方を示す図である。

ｈは点光源像高さを示す。１からどへ作動距離が移動す
ることにより撮像面上の像高さはｈからｈになる。よっ
て次式が成立つ。

ｈ 了−；→ｌ−１ｍ＝ｈｌ 準作動距離１と測定時の作動距離１′によって補正する
ことにより正しい点光源像高ざｈを求めることができる
。

以上水した方法により作動距離が異なっても測定誤差を
なくすことができる。

以上のようにして、演算された角膜曲率半径はディスプ
レイ３８、プリンタ３９によって表示される他、他の機
器にデータとして通信４０される。

なお、実施例中において投影手段としてテレセントリッ
ク光学系を使っているが、作動距離の違いによる測定誤
差を補正できるので、とくにテレセンドリンク光学系を
採用する必要はない。

また、点光源数を多くすることにより、測定精度が向上
するほかに、被検眼角膜表面が凸凹なイレギュラー面の
場合に点光源像の数が減少しても残りの点光源数によっ
て計算を行うことが可能となる。

また、撮像素子とフレームメモリを用いたことにより画
像間演算処理を含めフレキシブルな処理が可能となり、
例えば、本実施例においては３つの点光源による計測で
あるが、点光源に限らずリング上の指標においても計算
処理プログラムを変更するだけで、測定が可能となった
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、少なくても角膜に
投影された３点の点光源像があれば、測゛定可能で、撮
像素子を使用することによりアライメントが容易となり
、また作動距離の違いによる測定誤差もなくすことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の光学系の配置図、第２図、
第３図は測定値の誤差の補正を説明する説明図、第４図
は開口マスクの形状例を示す図、第５図は、本発明の実
施例の測定原理を説明する説明図、第６図は角膜投影像
と角膜トーリンク面形状との関係を説明する説明図、第
７図は、本発明の実施例の電気系のブロック回路図であ
る。 ４・・・・・・対物レンズ　　　５・・・・・・開口マ
スク７・・・・・・撮像素子　　　２１・・・・・・Ｔ
Ｖカメラ２２・・・・・・同期分離回路　２６・・・・
・・フレームメモリ３２・・・・・・論理演算ユニット ３３・・・・・・コンパレータ回路　３６・・・・・・
データメモリ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検眼の角膜上に指標を投影する投影手段と、前
   記指標像を撮像素子上に結像するための結像光学系と、
   撮像素子からの映像信号をデジタイズし画像メモリに記
   憶する手段と、前記記憶された映像信号から角膜形状測
   定に必要な像のみを抽出する手段と、抽出された像の位
   置関係から角膜形状を演算する手段を有することを特徴
   とする角膜形状測定装置。
2. （２）前記投影手段が被検眼の角膜上に少なくても３つ
   の同一円周上の点像を投影する投影手段であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の角膜形状測定装置
   。
3. （３）前記結像光学系中の結像レンズの前又は後ろ側に
   ２つ以上の開口を有するマスク板と、この開口の１つを
   有効とする光路選択のにためのシャッタ機構を配置し、
   それぞれの開口によってできた像から被検眼までの距離
   を計測し、この結果に基づき角膜形状測定データを補正
   する手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の角膜形状測定装置。
4. （４）前記演算手段において、画像メモリに記憶されて
   いる測定用の光源を消灯した画像データと新たに入力さ
   れた光源を点灯した画像データとを演算することができ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項記
   載の角膜形状測定装置。
5. （５）手術顕微鏡に付属されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第４項記載の角膜形状測定装置
   。