特許 7491531 眼科装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】眼科装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 3/107 20060101AFI20240521BHJP

【ＦＩ】

A61B3/107

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021518356

(86)(22)【出願日】2020-04-24

(86)【国際出願番号】 JP2020017834

(87)【国際公開番号】W WO2020226082

(87)【国際公開日】2020-11-12

【審査請求日】2023-04-12

(31)【優先権主張番号】62/844,794

(32)【優先日】2019-05-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】福間 康文

(72)【発明者】

【氏名】ワング ゼングォ

(72)【発明者】

【氏名】マオ ツァイシン

(72)【発明者】

【氏名】大森 和宏

(72)【発明者】

【氏名】藤野 誠

【審査官】冨永 昌彦

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／１２８３６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０７－１３６１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２２４２０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３／００ － ３／１８

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － ２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検眼に対向する対物レンズと、
前記対物レンズを通して前記被検眼の角膜に照明光を照射する照明光学系と、
前記対物レンズを通して前記照明光が前記角膜で反射される角膜反射光を撮像する干渉像撮像用カメラを有する角膜測定光学系と、
を備える眼科装置であって、
前記照明光学系の開口数Ｇは、前記角膜測定光学系の開口数ｇよりも大きい
眼科装置。

【請求項2】

前記照明光学系の開口数Ｇと、前記角膜測定光学系の開口数ｇの関係は
０．０１／０．２＜ｇ／Ｇ＜０．０６／０．１
である請求項１に記載の眼科装置。

【請求項3】

前記照明光学系の開口数Ｇと、前記角膜測定光学系の開口数ｇの関係は
０．０２／０．１５＜ｇ／Ｇ＜０．０５／０．１
である請求項１に記載の眼科装置。

【請求項4】

前記干渉像撮像用カメラから入力された前記角膜反射光の角膜反射像に基づき、前記角膜反射像の各位置の干渉像の波長特性を検出することで、角膜表面の各位置における涙液層の厚みを算出する演算部を更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の眼科装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は眼科装置に係り、詳しくは被検眼の前眼部の状態と涙液層の状態を検査する眼科装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被検眼の角膜に照明光を投光し、前眼部の状態と被検眼角膜の涙液層によって形成される干渉像を観察することで、ドライアイ等の診断を行う眼科装置が知られている。

【0003】

例えば、投光系（照明光学系）を介して角膜に入射する光線を、角膜表面に対して垂直方向に入射させて角膜反射を効率よく集光させると、前眼部の観察ないし撮影が良好に行われることが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許３５８６０３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１には、投光系と涙液層干渉像の角膜測定系のそれぞれの開口数については規定されておらず、干渉像の観測能力を高めつつ、人ごとの被検眼の形状のばらつきやアライメントの不完全性を許容する技術ではなかった。

【0006】

本開示の目的は、照明光学系の開口数（NA（Numerical Aperture））と角膜測定光学系の開口数の最適化を図り、被検眼の形状のばらつきやアライメントの不完全性を許容しながら測定精度を高める眼科装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の眼科装置は、被検眼に対向する対物レンズと、前記対物レンズを通して前記被検眼の角膜に照明光を照射する照明光学系と、前記対物レンズを通して前記照明光が前記角膜で反射される角膜反射光を撮像する角膜測定光学系と、を備える眼科装置であって、前記照明光学系の開口数Ｇは、前記角膜測定光学系の開口数ｇよりも大きい。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、照明光学系の開口数と角膜測定光学系の開口数の最適化を図り、被検眼の形状のばらつきやアライメントの不完全性を許容しながら測定精度を高める眼科装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態に係る眼科装置の光学系の概略図である。

【図2】本開示の実施形態に係る角膜と照明光および角膜反射光の関係を示す概略図である。

【図3】本開示の実施形態に係る角膜と照明光および角膜反射光の関係を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、本開示の実施形態に係る眼科装置１の光学系の概略図である。眼科装置１の光学系は、前眼部観察光学系１ａと、角膜測定光学系１ｂと、照明光学系１ｃと、を備える。

【0011】

前眼部観察光学系１ａは、本開示の第１レンズ群１８を備える。また、前眼部観察光学系１ａは、第１レンズ群１８の光軸方向に沿って配置された第３ハーフミラー１７、前眼部レンズ１９、及び前眼部カメラ２０を備える。

【0012】

第１レンズ群１８は、所謂対物レンズである。なお、本実施形態では、対物レンズ（第１レンズ群１８）が複数のレンズ（１８ａ、１８ｂ）で構成されているが、対物レンズが１つのレンズのみで構成されていてもよい。なお、この第１レンズ群１８は、照明光学系１ｃから第３ハーフミラー１７を介して入射した照明光を被検眼Ｅの角膜Ｅａの角膜表面に照射することができる。また、第１レンズ群１８には、角膜表面で反射された照明光の角膜反射光が入射される。この角膜反射光は、第１レンズ群１８から第３ハーフミラー１７に入射する。

【0013】

第３ハーフミラー１７は、第１レンズ群１８から入射した角膜反射光の一部を透過（Ｌ３）して前眼部レンズ１９に向けて出射し、且つ角膜反射光の残りを後述の第２レンズ群１６に向けて反射する。

【0014】

前眼部レンズ１９は、第３ハーフミラー１７から入射した角膜反射光を透過して前眼部カメラ２０に向けて出射する。前眼部カメラ２０は、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の撮像素子を有しており、前眼部レンズ１９から入射した角膜反射光を撮像して被検眼Ｅの前眼部の観察像（以下、前眼部観察像という）の撮像信号を、制御部９へ出力する。

【0015】

照明光学系１ｃは、第３ハーフミラー１７を介して前眼部観察光学系１ａから分岐した光路を形成する。

【0016】

照明光学系１ｃは、照明光源１０を備える。また、照明光学系１ｃは、照明光源１０から出射される照明光の光路上に沿って配置された照明系レンズ１１、フィルタ１２、照明系絞り１３、第１ハーフミラー１４、第２ハーフミラー１５、及び第２レンズ群１６を備える。また、照明光学系１ｃは、第３ハーフミラー１７及び第１レンズ群１８を前眼部観察光学系１ａと共有している。

【0017】

照明光源１０は、光を出射する光源である。照明光源１０は、例えば、白色光を出射するＬＥＤ（light emitting diode）光源及びハロゲンランプ等が用いられ、照明系レンズ１１に向けて照明光Ｌ１として白色光を出射する。あるいは、他波長のＬＥＤやレーザー光源およびその組み合わせであってもよい。照明系レンズ１１は、照明光源１０から入射した照明光Ｌ１をフィルタ１２に向けて出射する。フィルタ１２は、照明系レンズ１１から入射した照明光の光量あるいは波長分布またはその両方を調整し、調整後の照明光Ｌ１を照明系絞り１３に向けて出射する。照明系絞り１３は、フィルタ１２から入射した照明光Ｌ１を第１ハーフミラー１４に向けて出射する。

【0018】

第１ハーフミラー１４は、後述の第２レンズ群１６から入射した角膜反射光の一部（Ｒ２）を角膜測定光学系１ｂに向けて反射する。また、フィルタ１２から入射した照明光Ｌ１の一部を透過して第２ハーフミラー１５に向けて出射することができる。

【0019】

第２ハーフミラー１５及び第２レンズ群１６は、第１ハーフミラー１４から入射した照明光Ｌ１を既述の第３ハーフミラー１７に向けて出射すると共に、第３ハーフミラー１７から入射した角膜反射光Ｒ２を第１ハーフミラー１４に向けて出射する。

【0020】

照明光源１０から出射された照明光Ｌ１は、照明系レンズ１１から第３ハーフミラー１７を経た後、第１レンズ群１８を通して角膜Ｅａの角膜表面に照射される。これにより、照明光Ｌ１が角膜表面で反射された角膜反射光Ｒ１が第１レンズ群１８に入射することができる。

【0021】

ここで、照明光学系１ｃが有する開口数Ｇについて説明する。前述のように、本開示の照明光学系１ｃは、照明光源１０、照明系レンズ１１、フィルタ１２、照明系絞り１３、第１ハーフミラー１４、第２ハーフミラー１５、第２レンズ群１６、第３ハーフミラー１７、第１レンズ群１８の光学部材により構成されている。そして、照明光学系１ｃの開口数Ｇが略０．１０となるように、これらの光学部材を構成する。第３ハーフミラーから第１レンズ群１８までは、角膜測定光学系１ｂと光学部材を共有するため、開口数Ｇの設定は、特に照明系レンズ１１や、照明光源１０の開口等の光学特性を適宜選択することにより行うことができる。また、照明系絞り１３の開口によって、開口数Ｇの設定を行っても構わない。なお、開口数Ｇは０．１から０．２を設定することができる。

【0022】

角膜測定光学系１ｂは、第１ハーフミラー１４を介して照明光学系１ｃから分岐した光路を形成する。角膜測定光学系１ｂは、第１レンズ群１８から第１ハーフミラー１４までを照明光学系１ｃと共有すると共に、角膜測定系絞り２１、レンズ２２、及び干渉像撮像用カメラ２３を備える。

【0023】

角膜測定系絞り２１及び角膜測定系レンズ２２は、第１ハーフミラー１４から入射した角膜反射光Ｒ２を干渉像撮像用カメラ２３に向けて出射する。

【0024】

干渉像撮像用カメラ２３は、ＣＭＯＳ型又はＣＣＤ型の撮像素子を有しており、レンズ２２から入射した角膜反射光Ｒ２を撮像して、角膜反射像の撮像信号を制御部９へ出力する。

【0025】

ここで、角膜測定光学系１ｂが有する開口数ｇについて説明する。前述のように、本開示の角膜測定光学系１ｂは、干渉像撮像用カメラ２３、角膜測定系レンズ２２、角膜測定系絞り２１、第１ハーフミラー１４、第２ハーフミラー１５、第２レンズ群１６、第３ハーフミラー１７、第１レンズ群１８の光学部材により構成されている。そして、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇの中心値が略０．０３となるように、これらの光学部材を構成する。第１ハーフミラー１４から第１レンズ群１８までは、照明光学系１ｃと光学部材を共有するため、開口数ｇの設定は、特にレンズ２２や、干渉像撮像用カメラ２３が有する光学特性を適宜選択することにより行う。また、角膜測定系絞り２１の開口によって、開口数ｇの設定を行っても構わない。なお、後述の理由から、開口数ｇは０．０１から０．０６を設定することができる。また開口数ｇは、焦点深度や干渉像の波長的特性から涙液層を検出する精度の観点から０．０２から０．０５であることが望ましい。

【0026】

固視灯２４は、被験者の視線を誘導することで被検眼Ｅの位置を固定することにより被検眼Ｅの状態を正確に観察撮影するための光源である。固視灯２４は、ＬＥＤ（light emitting diode）光源及びハロゲンランプ等を用いることができる。固視灯２４から出射された固視光Ｌ２は、第２ハーフミラー１５、第２レンズ群１６を透過し、第３ハーフミラー１７で反射され、第１レンズ群１８を介して被検眼Ｅに入射する。

【0027】

制御部９は、照明光源１０、前眼部カメラ２０、干渉像撮像用カメラ２３、固視灯２４、と電気的に接続されている。

【0028】

制御部９は演算部９ａを備え、演算部９ａは、入力された角膜反射光Ｒ２の画像データ（角膜反射像）に基づき、角膜反射像の各位置の干渉像の波長的特性を検出することにより、角膜表面の各位置における涙液層の厚みを検出することができる。ここで涙液層とは、油層（脂質層）、水層、または、ムチン質、それぞれの層、あるいはそれら複数の層を組み合わせた層のことを示す。

【0029】

図２、図３を用いて、本開示の実施形態に係る角膜と照明光および角膜反射光の関係を説明する。図２は、眼科装置１と被検眼Ｅの位置関係が理想状態、すなわちアライメントが適正である状態を示している。また、図３は、眼科装置１と被検眼Ｅの位置関係がずれている状態、すなわちアライメントにずれが生じている状態を示している。

【0030】

図２において、眼科装置１と被検眼Ｅの位置関係が理想状態、すなわちアライメントが適正である状態について説明する。また、図２は、被検眼Ｅの角膜Ｅａは半径Ｒ_０の球であることを仮定する。角膜Ｅａの半径Ｒ_０は、略７．７ｍｍである。図２では、被検眼Ｅの正面方向をＺ軸と、Ｚ軸に直交する軸をＸ軸とする。第１レンズ群１８から角膜Ｅａの表面に入射する照明光Ｌ１のうち角膜観察に寄与する部分をＬ１’とし、角膜Ｅａで反射される角膜反射光Ｒ１のうち、角膜測定光学系１ｂの干渉像撮像用カメラ２３に到達する角膜反射光を角膜反射光Ｒ２とする。

【0031】

図２では、角膜Ｅａを球と仮定し、また、アライメントが適正であるため、第１レンズ群１８で集光された照明光Ｌ１の光束の中心は角膜Ｅａが形成する球の中心Ｐを通る。したがって、図２では、照明光Ｌ１は角膜Ｅａの半径中心Ｐを通る光軸を有し、角膜Ｅａの角膜反射光Ｒ２（Ｒ１）は、照明光Ｌ１が角膜Ｅａに入射する点Ｑにおける角膜Ｅａの接線の法線方向、すなわち照明光Ｌ１の１８０度逆方向に反射される。Ｌ１’は照明光Ｌ１の開口の中心に存在するため、角膜で反射した角膜反射光Ｒ２も開口内に存在することができる。

【0032】

図２において、Ｚ軸方向から入射する照明光Ｌ１は、角膜Ｅａの頂点部分に焦点を結ぶようにアライメントし、角膜Ｅａの頂点部分においてフォーカルプレーン（焦点面）ｆｐを構成する。照明光Ｌ１はある程度の広がりを持っているため、Ｚ軸からＸ軸方向にＨずれた位置から入射する照明光Ｌ１’’は、入射角度θを有し、角膜Ｅａ表面とフォーカルプレーンｆｐ間のデフォーカス量ｄＺは
ｄＺ＝－Ｒ_０（１－ｃｏｓθ）
となる。

【0033】

そのため、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇの設定は、このデフォーカス量ｄＺをもって角膜反射光Ｒ２（Ｒ１）が反射しても干渉像撮像用カメラ２３で撮像できるように、ある程度小さい値が望ましい。

【0034】

次に、図３において、眼科装置１と被検眼Ｅの位置関係がずれている状態、すなわちアライメントにずれが生じ、アライメントが不完全な状態について説明する。被検眼Ｅ、すなわち人間の眼球（人眼）は、人それぞれに応じて形が異なり、さらに角膜Ｅａの曲率は人それぞれのばらつきを有する。また、その曲率は同一人であっても、縦方向、横方向で異なることが一般的であり、完全な球となっているわけではない。このことにより、直接的、間接的に、アライメントの不完全性の問題が生じる。さらに、眼科装置１と被検眼Ｅの位置関係は、生体である人間を測定するために、例えば眼球の固視微動等により測定中でずれを生じる場合がある。このように、眼科装置１と被検眼Ｅの理想的に位置精度を高めることはある程度の限界がある。そのため、人眼に対する観察測定において、眼科装置１と被検眼Ｅのアライメントの不完全が生じうるものである。

【0035】

図３は、図２の状態から、眼科装置１と被検眼Ｅの位置関係がＺ方向にΔｚ、Ｘ方向にΔｘずれた状態を示している。ここで、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇを大きくすると、焦点深度が浅くなり、デフォーカス量に対する像の劣化（ボケ）が大きくなる。そのため、開口数ｇはある程度小さい値を選択することが望ましい。図３は、アライメントがずれている状態であり、入射する照明光Ｌ１は、照明光Ｌ１が角膜Ｅａの表面に入射する点Ｓにおける接線に直交する法線に対して角度βで入射する。そのため、点Ｐで反射される角膜反射光Ｒ２は、当該法線に対して角度βで反射する。そのため、照明光Ｌ１と角膜反射光Ｒ２は角度２βの角度をなす。図３で示すように、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇ、および照明光学系１ｃの開口数Ｇがより十分小さく、かつ、角度２βは、照明光学系１ｃの開口数Ｇが十分小さい場合は、照明光の一部Ｌ１（照明光学系１ｃの開口数のうち、Ｌ１－ＮＡの部分）が角膜反射光Ｒ２に寄与することができる。したがって、角膜測定が可能となる。一方、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇは、照明光学系１ｃ系の開口数Ｇが小さくなく、また、角度２βが照明光学系１ｃの開口数Ｇが同程度かあるいは大きい場合は、照明光の一部Ｌ１は角膜反射光Ｒ２に寄与することが、一部または完全にできなくなる。したがって、その場合、十分な光量で角膜測定をすることが困難となる。なお、角度２βは、人の眼の特性から決まるアライメントの不完全性によって生じるため、これを一定以上小さくすることはできない。そのため、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇと照明光学系１ｃの開口数Ｇを所定の関係に設定することにより、被検眼の形状のばらつきやアライメントの不完全性を許容しながら測定精度を高める眼科装置を提供することができる。

【0036】

ここで、照明光学系１ｃの開口数Ｇを略０．１０とし、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇを略０．０３とする。その場合、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇは、照明光学系１ｃの開口数Ｇよりも十分に小さいため、照明光Ｌ１に対して、角膜測定光学系１ｂは角膜反射光Ｒ２を効率的に撮像することができ、精度よく干渉像の波長的特性を検出することができる。干渉像の波長特性の検出精度の観点から、照明光学系１ｃの開口数Ｇを０．１０から０．２０、角膜測定光学系１ｂの開口数ｇは０．０１から０．０６の間、さらに０．０２から０．０５とすることが望ましい。

【0037】

以上の構成により、照明光学系１ｃの開口数と角膜測定光学系１ｂの開口数をそれぞれ最適化することにより、被検眼の形状のばらつきを許容しながら測定精度を高める眼科装置を提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0038】

１ ：眼科装置
１ａ ：前眼部観察光学系
１ｂ ：角膜測定光学系
１ｃ ：照明光学系
９ ：制御部
９ａ ：演算部
１０ ：照明光源
１１ ：照明系レンズ
１２ ：フィルタ
１３ ：照明系絞り
１４ ：第１ハーフミラー
１５ ：第２ハーフミラー
１６ ：第２レンズ群
１７ ：第３ハーフミラー
１８ ：第１レンズ群
１９ ：前眼部レンズ
２０ ：前眼部カメラ
２１ ：角膜測定系絞り
２２ ：角膜測定系レンズ
２３ ：干渉像撮像用カメラ
２４ ：固視灯

【図1】

【図2】

【図3】