JP5986491B2 - 視覚機能計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼の視野等の視覚機能の検査に用いられる視覚機能計測装置に関する。

視覚機能計測装置としては、例えば、特許文献１（特開平７−６７８３３号公報）、特許文献２（特開２００９−１１８８８１号公報）、特許文献３（特許第５００８５４０号公報）、特許文献４（特開平８−１４０９３３号公報）、特許文献５（特許第４１１３００５号公報）、特許文献６（特許第３０５６７５３号公報）等に記載の視野計が知られている。

これら文献に記載の視野計は、概ね表示装置に表示する刺激視標の輝度と大きさに対する被検者の眼の応答を視覚機能の感度特性として測定するものである。このうち、特許文献１に記載のものは、平面型の視標表示装置と光学系とを用いた視野計の一般的な例である。また、特許文献２に記載のものは、被検者の眼の瞳孔の大きさを測定し、瞳孔面積に基づいて、ランプの出力を決定するランプ出力決定手段を備えるものである。

特許文献３に記載のものは、予め瞳孔径を様々に変化させて測定した際の感度値を多数の被検者について測定して感度値を補正する際の補正量データベースを作成しておき、カメラにより測定される被検者の眼の瞳孔の大きさと、データベースを参照して補正量を演算するものである。

特許文献４に記載のものは、視標の呈示に平面ディスプレイを用い、眼球運動に合わせて表示装置上の刺激視標を新しい位置に適応させるようにしたもので、眼球運動を捉えるのに前眼部画像の変位を用いているものである。

特許文献５に記載のものは、視標の呈示に平面ディスプレイを用い、眼球運動に合わせて表示装置上の刺激視標を新しい位置に適応させる別の例であり、眼球運動を捉えるのに眼底画像の変位を用いているものである。さらに、特許文献６に記載のものは、視野絞りを動かして視標の位置を変えるようにしたものである。

特開平７−６７８３３号公報 特開２００９−１１８８８１号公報 特許第５００８５４０号公報 特開平８−１４０９３３号公報 特許第４１１３００５号公報 特許第３０５６７５３号公報

ところで、本発明者らの研究によれば、上述の従来の装置では、以下の問題のあることが判明した。すなわち、従来の装置では、装置側がある一定の輝度と大きさの刺激視標を呈示しているとしても、個人によって瞳孔の大きさが異なるため、瞳孔を通過して網膜へ到達する光量が一定とならない。

しかも、一般に刺激視標の輝度と大きさは常に一定ではなく検査中に変化させるので、刺激視標の光放射量に対する縮瞳／散瞳反応が起き、網膜に到達する光量へ影響を与えることになる。これらのことから従来の視覚機能検査装置では網膜の感度特性を正しく評価できていない虞がある。

また、一般に視野計は背景光のもとで刺激視標を呈示する方法をとっており、刺激視標の絶対値の他に、背景光とのコントラストも要素となるため、瞳孔の大きさの影響を補正するのに単に瞳孔面積に比例した補正をすればよいというものではない。

さらに、一定の背景光の元で正確な測定結果を得るために、予め瞳孔径を様々に変化させて測定することで得た瞳孔径に対する感度補正量をデータベースとして記憶しておき、被検者の眼の瞳孔径と照らし合わせて補正演算する、といった方法が提案されているが、補正量データベース作成に労力を要し、また煩雑な処理が必要となるという問題がある。

本発明の目的は、個人差および／または縮瞳／散瞳反応によって被検者の瞳孔の大きさが異なっても、網膜の感度特性を正しく評価できる視覚機能検査装置を提供することにある。

上述の課題を解決するための手段は以下の通りである。
（１）
視標表示装置と、
前記視標表示装置に表示される像を被検者の眼の網膜へ伝達するための光学系と、
前記被検者の眼の瞳孔と光学的に共役な位置に設けられた開口絞りであって、前記視標表示装置から網膜へ伝達される光の瞳孔位置における光束径を検査時に想定される最小瞳孔径よりも小さくなるように開口の大きさが設定された開口絞りと、
を備えることを特徴とする視覚機能計測装置。
（２）
前記被検者の眼球の運動を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された眼球の運動に対応させて前記開口絞りの開口位置及び／又は角度を変化させる開口変位手段と、
を備えることを特徴とする（１）に記載の視覚機能計測装置。
（３）
前記開口変位手段が、前記開口絞りの位置を機械的に変化させる機械的機構を備えたものであることを特徴とする（２）に記載の視覚機能計測装置。
（４）
前記開口絞りが、空間光変調素子を用いたものであることを特徴とする（１）に記載の視覚機能計測装置。

瞳孔と光学的に概ね共役な位置に、視標表示装置から網膜へ伝達される光の瞳孔位置における光束径を検査時に想定される最小瞳孔径よりも小さくなるように開口の大きさを設定した開口絞りを備えるようにしたことにより、網膜に到達する視標および背景光の光量が個人差および／または縮瞳／散瞳反応による瞳孔の大きさの違いに依存しないようにすることできる。これによって、個人差および／または縮瞳／散瞳反応によって被検者の瞳孔の大きさが異なっても、網膜の感度特性を正しく評価することを可能にしている。

本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置の説明図である。 本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置の説明図である。 本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置の説明図である。 本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置の説明図である。

図１は本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置の全体構成を示す図である。以下、図１を参照にしながら本発明の実施の形態にかかる視覚機能計測装置を説明する。

図１に示されるように、本実施の形態にかかる視覚機能計測装置は、視標表示装置１０と、視標表示装置１０に表示される像を被検者の眼球２０の網膜２１に伝達するための光学系３０と、前記被検者の眼の虹彩２２によって形成される瞳孔２３と光学的に共役な位置に設けられた開口絞り４０とを有する。

視標表示装置１０は、所望の視標、例えば、十字形などの固視標や視野検査のための刺激視標を含む任意の図形や記号などを表示するもので、液晶表示装置などで構成される。視標表示装置１０は、制御部１１に接続され、制御部１１はインターフェース７１を介してコンピュータ７２及びモニター７３に接続されている。したがって、視標表示装置１０は、コンピュータ７２の指令に従って、必要な視標や任意の種類の記号などを表示し、また、それら表示像の位置や色、輝度、動きなどを自在に制御できるようになっている。

光学系３０は、視標表示装置１０からの光を収束させて開口絞り４０の開口部４１を通過させるためのレンズ３１と、開口絞り４０を通過した光を通過させるとともに反対側からくる光を反射してほぼ９０°方向に進行させてレンズ６１ａを通じてビデオカメラ６１に入射させるビームスプリッタ３２と、前記レンズ３１と協働して前記視標表示装置１０からの光を被検者の眼球２０に送るレンズ群３３及びレンズ３４と、開口絞り４０及びレンズ群３３を通過した視標表示装置１０からの光を通過させる透過孔を有するミラー３５とを備える。

ビームスプリッタ３２は、指標表示装置１０からの光は通過させる一方で、レンズ３４及びレンズ群３３を通過してきた被検者の眼球２０の網膜２１からの光を反射してビームスプリッタ６２ａに導く。ビームスプリッタ６２ａに導かれた光の一部は反射されて瞳孔観察用のビデオカメラ６２に導かれる。ビームスプリッタ６２ａに導かれた光の他の一部は透過して結像レンズ６１ａを介して網膜像観察用のビデオカメラ６１に導かれる。

網膜像観察用のビデオカメラ６１は、網膜２１の像を撮影し、また、瞳孔観察用のビデオカメラ６２は、瞳孔２３の像を撮影して、それぞれの画像信号をインターフェース７１を介してコンピュータ７２に送信する。コンピュータ７２は、これらの画像信号を取り込み、被検者の眼底の動き、すなわち、画像平面内での平行移動や回転をオンラインで検出し、自動追跡して補償したり、移動量や回転角度を計測してその移動量や角度に応じて他の装置を制御したりするとともに、各種の自覚検眼や他覚検眼を行う自動検眼プログラムなどによって、虹彩像、瞳孔像、瞳孔径、縮瞳／散瞳その他の瞳孔の動きなどを解析し、各種検眼処理なども行なうことができるように構成されている。

眼球運動の測定の方法としては、例えば、眼底画像に対してパターンマッチング法を適用する方法などがある。これは、網膜像観察用のビデオカメラ６１によって撮影される眼底画像に対し、演算処理手段によって例えば次の評価量Ｒ（ｘ，ｙ，ｘ＊，ｙ＊）または／およびＣ（ｘ，ｙ，ｘ＊，ｙ＊）を算出する。

ここでＦ（ｘ，ｙ）は眼球運動前の網膜画像の座標（ｘ，ｙ）における輝度値、Ｇ（ｘ＊，ｙ＊）は眼球運動後の網膜画像の座標（ｘ＊，ｙ＊）における輝度値、ＦバーおよびＧバーは運動前および運動後画像のマッチング領域内の輝度平均値である。運動前の網膜画像の一部をテンプレートとして運動後画像内をラスタスキャンさせ、Ｒを最小にする、または／およびＣを最大にする位置を探し出し、移動量に換算する。

また、他の眼球運動の測定の方法としては、例えば、瞳孔画像の瞳孔中心座標を用いる方法がある。これは、眼球運動測定手段として、眼球２０の瞳孔２３の像を撮影する瞳孔観察用のビデオカメラ６２を用いるものである。キャリブレーション実施後、瞳孔観察画像における基準位置に対する瞳孔重心位置から眼球回旋角度を演算部によって算出することで眼球運動の測定を行う。瞳孔重心位置の測定は，撮影部によって取得した瞳孔画像を画像処理手段によって瞳孔の輪郭を検出した後、演算部によって検出した輪郭の重心位置を算出することで行う。

キャリブレーションでは、被検者に特定位置を見てもらい、そのときの瞳孔重心位置を測定して個人パラメータの補正及び基準位置の測定・保存を行う。例えば被検者に見せる位置は被測定眼の正面とそれ以外の任意の単数または複数位置であり、基準位置は被検者が正面を凝視したときの観察画像上の瞳孔重心位置とし、その他の位置を凝視したときの瞳孔重心位置と基準位置とによって個人パラメータを補正する。

ミラー３５は、赤外光などを出射する光源５１から出射してレンズ５１ａを通過した光を反射し、レンズ３４によって収束させて被検者の眼球２０の網膜２１を照明するものである。光源５１の制御ラインはインターフェース７１に接続され、コンピュータ７２の指令に基づいてオン・オフや輝度などが制御されるようになっている。

開口絞り４０は、被検者の眼球２０の瞳孔２３と光学的に共役な位置に設けられている。そして、視標表示装置１０から網膜２１へ伝達される光の光束径が、瞳孔２３の位置においては検査時に想定される最小瞳孔径の大きさよりも小さくなるように、その開口部４１の孔径を設定してあるものである。ここで、一般に縮瞳状態で瞳孔径が２ｍｍ以下になると病的と考えられているので、「検査時に想定される最小瞳孔径」としては、２ｍｍ以下に設定するのが望ましい。なお、瞳孔径サイズは加齢とともに小さくなり、７０歳代の平均で平常時で２．７ｍｍ、暗所で３．２ｍｍ、８０歳代の平均で平常時が２．３ｍｍ、暗所で２．５ｍｍ程度とされている。

この開口絞り４０は、写真カメラ等に用いられる多数の羽を機械的に駆動して開口部４１の円形状の孔径を自在に変化させることができる周知の絞り機構を備えたものであってもよいし、液晶パネルなどの周知の空間光変調素子用い、空間光変調素子自体の透過率分布を変えることによって開口部４１の大きさや位置を変えるようにしたものを用いてもよい。

また、この開口絞り４０は、開口部４１の光軸に対する位置や角度も変化させることができる機構を有し、駆動部４２によって駆動制御されるようになっている。駆動部４２は、上述の絞り機構を制御する制御装置を有するとともに、ステッピングモータやソレノイド等によって開口部４１の光軸に対する位置や角度を変化させる周知の機構も有するものであり、インターフェース７１に接続されてコンピュータ７２の指令に基づいて開口部４１の孔径を変化させたり開口部４１の位置を移動したり角度を変化させたりできるようになっている。

レンズ群３３は、複数のレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃなどで構成され、一部のレンズ、例えば、レンズ３３ｂを光軸方向に移動できるように構成することなどによって、被検者の眼球２０の瞳孔２３と開口絞り４０とを光学的に共役な位置関係になるように設定できるようになっている。なお、レンズ３４の近傍には、瞳孔照明用の光源装置５２が設けられている。この光源装置５２は、その制御部がインターフェース７１を通じてコンピュータ７２に連絡され、コンピュータ７２の指令によってオン・オフ制御や光量制御などがなされるようになっている。

また、被検者の近傍には、応答スイッチ８０が設けられている。この応答スイッチ８０も、インターフェース７１を通じてコンピュータ７２に信号を送ることができるようになっている。すなわち、被検者が、例えば、刺激視標を視認できたときに応答スイッチ８０のボタン８１を操作すると、コンピュータ７２が視認信号を受けて所定の処理、例えば、網膜の感度マップの一部の作成処理などを行うものである。

上述の視覚機能計測装置によれば、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が、以下では、静的量的視野検査を行う場合について説明する。静的量的視野検査については、自覚式検査と他覚式検査があり、いずれの方式の検査も行うことができる。

静的量的視野検査は、次のような検査である。すなわち、視野内の一点に視標をおいて、その明るさを徐々に増していくと、ある明るさになると見えるようになるので、見えるようになったときの明るさに対応する値をその点における網膜感度とし、視野内の各点について同じ測定を行って、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となどを行う検査である。

まず、自覚式検査は、次のようにして行われる。すなわち、コンピュータ７２の指令により、視標表示装置１０に視野検査用の視標が表示される。被検者は、眼球２０をこの視標に向けてその視標を見る。視標表示装置１０は、視野の測定すべき点に対応する視標の点の明るさを徐々に増していく。そうすると、ある明るさになると被検者に見えるようになるので、見えるようになったときに被検者が応答スイッチ８０のボタン８１を操作するようにする。これによって、コンピュータ７２は、所定の処理をして、その時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。そして、視野内の各点について同じ測定を行って、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していくものである。

他覚式検査は、次のようにして行われる。すなわち、コンピュータ７２の指令により、視標表示装置１０に視野検査用の視標が表示される。被検者は、眼球２０をこの視標に向けてその視標を見る。視標表示装置１０は、視野の測定すべき点に対応する視標の点の明るさを徐々に増していく。そうすると、ある明るさになると被検者に見えるようになる。明るさに応じて変化する瞳孔径の変化をビデオカメラ６２を通じてコンピュータ７２が画像解析によって検知し、所定の処理をして、その時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。そして、視野内の各点について同じ測定を自動的に次々と行って、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していくものである。

上述の検査において、視標表示装置１０によって表示される視標パターンが変化したり、明るさが変化すると、被検者の眼球２０の瞳孔２３の径が変化する。したがって、視標表示装置１０からの光の光束の径が瞳孔２３の径よりも大きかったり、上記光束の一部が瞳孔２３によってケラレているような場合には、瞳孔２３の径の変化によって網膜２１に達する光の全体量も変化することになる。網膜２１に達する光の全体量が変化すると、網膜２１がその変化に反応して感度を変化させてしまうので、正しい感度検査ができなくなる虞れが生じてくる。

しかしながら、本発明の実施の形態に係る上述の視覚機能計測装置においては、被検者の眼球２０の瞳孔２３と光学的に共役な位置に開口絞り４０が設けられており、視標表示装置１０から網膜２１へ伝達される光の光束径が、瞳孔２３の位置においては通常想定される瞳孔２３の大きさよりも小さくなるように、その開口部４１の孔径を設定してある。図２はこの様子を示したものであり、光束Ｌは、開口絞り４０によって絞られたことによって、瞳孔２３を通過するときは、検査中に想定される瞳孔径の変化の範囲においては、常に瞳孔２３の内側を通過することになる。

したがって、視標表示装置１０からの光の光束の径よりも瞳孔２３の径のほうが小さくなってしまって上記光束の一部が瞳孔２３によってケラレる、というようなことを防止することができる。これにより、瞳孔２３の径が変化しても網膜２１に達する光の全体量が変化することがない。その結果、常に、正しい感度検査を行うことが可能となる。

ところで、検眼の際には眼球２０が動かないことが前提であるが、検査の際に視標が呈示されたり、あるいはその視標が変化したりしたような場合には、その変化に眼球が自然に反応してしまって、回転する場合がある。眼球２０が回転すると、網膜２１に結像する視標像の網膜上の結像位置がその分移動してしまうことになる。図３はその様子を示す説明図であり、眼球２０の回転によって、網膜２１に結像する視標像の網膜上の結像位置が移動していることがわかる。その結果、網膜の感度マップに位置誤差が生じてしまうことになる。

これを防ぐために、従来の装置では、ビデオカメラ６１に相当するカメラによって網膜像の動きを解析し、その眼球の動きを検知してその動きを補償するように、視標表示装置に表示された視標の位置を変化させることが行われている。図４はその様子を示す説明図である。

図４に示されるように、眼球が例えば８°上向きに回転した場合、その動きを補償しない場合には、網膜２１に結像されている視標の像がその動きに伴って移動することになり、検査の誤差を引き起こすことになる。したがって、それを防ぐために、従来は、網膜２１に結像している像の移動を、例えば、ビデオカメラ６１に相当するカメラによって検知し、それを補償するように、視標表示装置１０に呈示されている視標の位置を移動させることが行われている。

これにより、眼球２０が回転しても網膜２１に結像した視標像が動かないようにしてそれによる誤差の虞を防止することはできる。しかしながら、従来の装置では、網膜２１に結像した視標像が動かないようにはできるが、視標表示装置１０から出てレンズ系３０によって収束されて眼球２０に導かれる光束Ｌが移動してしまうことまでは考慮にいれられていない。

本発明者らの研究によれば、眼球２０の回転等の動きによって、虹彩の位置が移動してしまい、図４に示されるように、光束Ｌの一部が虹彩２２によってケラレる場合のあることが判明した。検討の結果、網膜２１に結像している像の移動を、ビデオカメラ６１によって検知し、それを補償するように、視標表示装置１０に呈示されている視標の位置を移動させると同時に、開口絞り４０を、光軸に直交する方向に移動させる。この開口絞り４０の移動は、眼球２０の回転に合わせて瞳孔２３の位置における光束Ｌの位置を移動させて、光束Ｌの一部が虹彩２２によってケラレることのないようにする移動である。

図５は視標表示装置１０の視標の移動に合わせて開口絞り４０を移動した様子を示す説明であり、この開口絞り４０を光軸に直交する方向に移動させることにより、瞳孔２３の位置における光束Ｌの位置を移動させて、光束Ｌの一部が虹彩２２によってケラレることのないようにするものである。以下、この点をより具体的に説明する。

眼球２０側から、レンズ３４の焦点距離ｆ１は、ｆ１＝２０ｍｍであり、レンズ群３３の焦点距離ｆ２は、ｆ２＝４０ｍｍであり、レンズ３１の焦点距離ｆ３は、ｆ３＝１０ｍｍであるとする。レンズ３４の視標表示装置１０側の焦点面と、レンズ群３３の眼球２０側焦点面とは略一致するように配置されてある。レンズ群３３の視標表示装置１０側の焦点面と、レンズ３１の眼球２０側の焦点面とは略一致するように配置されてある。開口絞り４０は、レンズ群３３の視標表示装置１０側の焦点面およびレンズ３１の眼球２０側の焦点面に略一致するように配置されてある。

視標表示装置１０は、表示面がレンズ３１の視標表示装置１０側の焦点面と一致するように配置されてある。このとき、レンズ３４とレンズ群３３とで倍率１／２の望遠鏡として作用することになる。眼球２０の瞳孔２３は、レンズ３４の眼球２０側の焦点面に位置するよう調整される。眼球２０の位置の調整は、例えば、瞳孔観察用のビデオカメラ６２が虹彩２２に合焦したときに想定される位置となるようすればよい。

各レンズの収差が十分補正されているとすると、視標表示装置１０における光軸からの物体高ｙと、視角θにはｙ＝ｆ３・ｔａｎ（θ／２）が成り立つと見なせる。例えば、開口絞り４０の大きさを、φ３ｍｍに設定すると、瞳孔２３の位置に、φ１．５ｍｍの開口絞りの像が生成される。なお、簡単のために角膜の屈折力は換算していない。一般に、通常の照明下で瞳孔２３の大きさは、最小φ２ｍｍ程度であるため、光束Ｌは瞳孔径の影響を受けることなく眼球２０内へ導かれる。

さらに、検査中に、眼球２０が回転して瞳孔観察用ビデオカメラ６２によって、瞳孔中心が１ｍｍ上方に移動したことが観察されたとする。このとき、開口絞り４０の中心位置を２ｍｍ下方に動かすことで、眼球２０の運動に伴う虹彩２２によるケラレを防げることになる。

以上の説明は、本発明を静的量的視野検査に適用する場合の例について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、瞳孔の大きさの変化によって測定誤差が生じうる他の視機能計測装置にも適用できる。例えば、動的量的視野検査（ゴールドマン視野検査）、眼底視野検査（マイクロペリメトリー）、網膜電図検査（ＥＲＧ）その他の検査にも適用できることは勿論である。

１０ 視標表示装置
２０ 眼球
２１ 網膜
２２ 虹彩
２３ 瞳孔
３０ 光学系
３１、３４ レンズ
３３ レンズ群
４０ 開口絞り
６１ 網膜観察用ビデオカメラ
６２ 瞳孔観察用ビデオカメラ
７２ コンピュータ

Claims (3)

1. 視標表示装置と、
   前記視標表示装置に表示される像を被検者の眼の網膜へ伝達するための光学系と、
   前記被検者の眼の瞳孔と光学的に共役な位置に設けられた開口絞りであって、前記視標表示装置から網膜へ伝達される光の瞳孔位置における光束径を検査時に想定される最小瞳孔径よりも小さくなるように開口部の大きさが設定された開口絞りと、
   前記被検者の眼球の運動を測定する測定手段と、
   前記測定手段で測定された眼球の運動に対応させて前記開口絞りの開口位置及び／又は角度を前記開口部の光軸に対して変化させる開口変位手段と、
   を備えることを特徴とする視覚機能計測装置。
2. 前記開口変位手段が、前記開口絞りの位置を機械的に変化させる機械的機構を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の視覚機能計測装置。
3. 前記開口絞りが、空間光変調素子を用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の視覚機能計測装置。

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