JP2010068873A - Non-contact ultrasonic tonometer - Google Patents

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将幸 神出
Tetsuyuki Miwa
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Kenichiro Makino
健一郎 牧野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact ultrasonic tonometer which appropriately measures an intraocular pressure while ensuring a working distance to a subject's eye. <P>SOLUTION: In the non-contact ultrasonic tonometer equipped with a probe which emits ultrasound entering the subject's eye and detects the ultrasound reflected by the subject's eye and a computation part which acquires the intraocular pressure by processing measurement signals output from the probe for measuring the intraocular pressure of the subject's eye, an appropriate working distance between the subject's eye and the tonometer is set to be longer than at least 10 mm, and the probe has an emission diameter or a shape of an emission surface, which is set, or is equipped with an acoustic absorbent so that an irradiated area with ultrasonic beams in the appropriate working distance fits in an area of opened eyelids of the subject's eye. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波を用いて非接触にて被検者眼の眼圧を測定する非接触式超音波眼圧計に関する。   The present invention relates to a non-contact ultrasonic tonometer that measures intraocular pressure of a subject's eye in a non-contact manner using ultrasonic waves.

被検者眼への入射波と被検者眼からの反射波と比較して被検者眼の眼圧を非接触にて測定する装置としては、被検者眼(ただし、模型眼)に入射させる超音波を発する振動子と被検者眼で反射された超音波を検出するセンサとを有する探触子が設けられ,被検者眼の前に探触子が配置されて被検者眼の眼圧を非接触にて測定する眼圧測定装置が提案されている(非特許文献1参照)。
神出将幸、外3名「超音波位相シフト法による非接触型眼圧計測システムに関する基礎的研究」,電気学会研究資料センサ・マイクロマシン部門総合研究 会,2007年、p.93―96
As a device that measures the intraocular pressure of the subject's eye in a non-contact manner compared to the incident wave on the subject's eye and the reflected wave from the subject's eye, the subject's eye (however, the model eye) A probe having a transducer for emitting incident ultrasonic waves and a sensor for detecting ultrasonic waves reflected by the subject's eye is provided, and the probe is arranged in front of the subject's eye, An intraocular pressure measurement device that measures the intraocular pressure of the eye in a non-contact manner has been proposed (see Non-Patent Document 1).
Masayuki Kamide and three others "Fundamental research on non-contact type intraocular pressure measurement system using ultrasonic phase shift method", IEICE technical report Sensor Micromachine Division, 2007, p. 93-96

しかしながら、上記構成の場合、被検者眼と装置との作動距離(ワーキングディスタンス)が短く、実際に人眼に対して眼圧を測定しようとすると、被検者眼との接触の可能性があり、また、被検者に対して恐怖心を与え易い。   However, in the case of the above configuration, the working distance between the eye of the subject and the apparatus is short, and when actually trying to measure the intraocular pressure with respect to the human eye, there is a possibility of contact with the eye of the subject. Yes, it is easy to give fear to the subject.

本発明は、上記従来技術を鑑み、被検者眼に対する作動距離を確保しつつ、適正に眼圧を測定できる非接触式超音波眼圧計を提供することを技術課題とする。   In view of the above prior art, an object of the present invention is to provide a non-contact ultrasonic tonometer capable of appropriately measuring intraocular pressure while ensuring a working distance with respect to the subject's eye.

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.

(1) 被検者眼に入射させる超音波を発するとともに被検者眼で反射された超音波を検出する探触子と、
前記探触子から出力された測定信号を処理して眼圧を求める演算部と、
を有し、被検者眼の眼圧を測定する非接触式超音波眼圧計において、
被検者眼と眼圧計との適正作動距離は、少なくとも10mmより長く設定されており、
前記探触子は、超音波ビームの前記適正作動距離における照射エリアが被検者眼の開瞼エリアに収まるように、出射径もしくは出射面形状が定められている,又は吸音材が設けられていることを特徴とする。
(2) (1)の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、前記照射エリアが前記開瞼エリアよりも小さくなるように設定された共振周波数及び出射径を持つ圧電素子を有することを特徴とする。
(3) (2)の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、該探触子から出射された超音波ビームが最も細くなる位置が前記照射エリアの位置となるように前記圧電素子の共振周波数及び出射径が設定されていることを特徴とする。
(4) (3)の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、該探触子から出射された超音波ビームが球面波の影響で拡散に転じる位置が前記照射エリアの位置となるように前記圧電素子の共振周波数及び出射径が設定されていることを特徴とする。
(5) (4)の非接触眼圧計は、前記探触子の前方に配置された,超音波ビームを集束させる音響レンズを有し、前記音響レンズの焦点位置よりも前に前記照射エリアが設定されていることを特徴とする。
(6) (1)の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、該探触子と被検者眼との間に配置された,該探触子から出射された超音波ビームを吸収する吸音材を有し、
前記吸音材は、前記探触子から出射された超音波ビームを通過させるための開口であって前記開瞼エリアよりも小さい開口を有すると共に、球面波の照射エリアの大きさと吸音材の開口の大きさとが略同じなる位置より前方に形成された球面波吸収部を有することを特徴とする。
(7) (1)の非接触式超音波眼圧計において、
被検者眼と眼圧計との作動距離を検出する作動距離検出系と、
前記検出系によって検出される作動距離が前記適正作動距離に達したか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする。
(8) (1)の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、広帯域の周波数成分を有する超音波ビームを送受波する広帯域空気結合超音波探触子であって、前記適正作動距離における超音波ビームの照射エリアが被検者眼の角膜エリアに収まるように、その出射径又は出射面形状が定められていることを特徴とする。
(9) (8)の超音波眼圧計において、
前記振動子は、照射された超音波ビームが収束されるように、その出射面形状が凹面形状になっている、又はその出射面がフレネルゾーンプレートになっていることを特徴とする。
(1) a probe that emits an ultrasonic wave to be incident on a subject's eye and detects the ultrasonic wave reflected by the subject's eye;
A calculation unit for obtaining intraocular pressure by processing the measurement signal output from the probe;
In a non-contact ultrasonic tonometer that measures the intraocular pressure of the subject's eye,
The appropriate working distance between the subject's eye and the tonometer is set to be longer than at least 10 mm,
The probe has an emission diameter or an emission surface shape, or a sound absorbing material is provided so that an irradiation area of the ultrasonic beam at the appropriate working distance falls within the eye opening area of the subject's eye. It is characterized by being.
(2) In the non-contact ultrasonic tonometer of (1),
The probe includes a piezoelectric element having a resonance frequency and an emission diameter set so that the irradiation area is smaller than the opening area.
(3) In the non-contact ultrasonic tonometer of (2),
The probe is characterized in that a resonance frequency and an emission diameter of the piezoelectric element are set so that a position where the ultrasonic beam emitted from the probe becomes the thinnest is a position of the irradiation area. To do.
(4) In the non-contact ultrasonic tonometer of (3),
In the probe, the resonance frequency and the emission diameter of the piezoelectric element are set so that the position where the ultrasonic beam emitted from the probe turns to the diffusion due to the influence of the spherical wave becomes the position of the irradiation area. It is characterized by being.
(5) The non-contact tonometer of (4) includes an acoustic lens that is disposed in front of the probe and focuses an ultrasonic beam, and the irradiation area is positioned before the focal position of the acoustic lens. It is characterized by being set.
(6) In the non-contact ultrasonic tonometer of (1),
The probe has a sound absorbing material that is disposed between the probe and a subject's eye and absorbs an ultrasonic beam emitted from the probe.
The sound absorbing material is an opening for allowing the ultrasonic beam emitted from the probe to pass therethrough and has an opening smaller than the opening area, and the size of the spherical wave irradiation area and the opening of the sound absorbing material. It has the spherical wave absorption part formed ahead from the position where a magnitude | size becomes substantially the same, It is characterized by the above-mentioned.
(7) In the non-contact ultrasonic tonometer of (1),
A working distance detection system for detecting the working distance between the subject's eye and the tonometer;
Determination means for determining whether or not the working distance detected by the detection system has reached the proper working distance.
(8) In the non-contact ultrasonic tonometer of (1),
The probe is a broadband air-coupled ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic beam having a broadband frequency component, and the irradiation area of the ultrasonic beam at the appropriate working distance is a corneal area of a subject's eye The emission diameter or the emission surface shape is determined so as to be within the range.
(9) In the ultrasonic tonometer of (8),
The vibrator is characterized in that the shape of the exit surface is concave so that the irradiated ultrasonic beam is converged, or the exit surface is a Fresnel zone plate.

本発明によれば、被検者眼に対する作動距離を確保しつつ、適正に眼圧を測定できる。   According to the present invention, it is possible to appropriately measure intraocular pressure while ensuring a working distance with respect to the subject's eye.

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図1は本実施形態に係る非接触式超音波眼圧計の構成について説明する図である。なお、図1の測定系及び光学系は、図示無き筐体内に配置されており、被検者眼Eに対して移動可能な構成となっている(本出願人による特願2008−120793号参照)。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a non-contact ultrasonic tonometer according to the present embodiment. The measurement system and the optical system in FIG. 1 are arranged in a housing (not shown) and are movable with respect to the eye E (see Japanese Patent Application No. 2008-120793 by the present applicant). ).

被検者眼Eの前に配置される探触子(トランスデューサ)10は、被検者眼Eに入射させる超音波(入射波)を発する振動子11と、被検者眼Eで反射された超音波(反射波)を検出するセンサ13と、を有し、被検者眼Eの眼圧を非接触にて測定するためのものである。   The probe (transducer) 10 disposed in front of the subject's eye E is reflected by the transducer 11 that emits an ultrasonic wave (incident wave) incident on the subject's eye E and the subject's eye E. And a sensor 13 for detecting ultrasonic waves (reflected waves) for measuring the intraocular pressure of the subject's eye E in a non-contact manner.

なお、探触子10は、圧電(ピエゾ)素子としてPZT素子が用いられた構成となっており、制御部70の制御により単一の圧電素子が振動子11の動作と振動検出センサ13の動作とを兼用する構成となっている。なお、探触子10には、PZTに限らず、バイモルフ、ユニモルフ、PVDF等のセラミック圧電探触子(圧電材料)を用いることができる。   The probe 10 has a configuration in which a PZT element is used as a piezoelectric (piezo) element, and the single piezoelectric element is operated by the vibrator 11 and the vibration detection sensor 13 by the control of the control unit 70. It becomes the composition which serves as both. The probe 10 is not limited to PZT but may be a ceramic piezoelectric probe (piezoelectric material) such as bimorph, unimorph, or PVDF.

なお、本実施形態では、被検者眼Eに入射させる超音波としてパルス波が用いられ、振動子11は被検者眼Eに入射させる超音波を発する超音波発信部として用いられ、センサ13は被検者眼Eで反射された超音波を受信する超音波受信部として用いられる。また、探触子10の背面には、図示無きバッキング材が配置されている。また、探触子10の被検者眼E側(前方)には、振動子11から出射される超音波を収束させる音響レンズ16が設けられている。   In the present embodiment, a pulse wave is used as an ultrasonic wave incident on the subject's eye E, and the vibrator 11 is used as an ultrasonic wave transmitting unit that emits an ultrasonic wave incident on the subject's eye E. The sensor 13 Is used as an ultrasonic wave receiver that receives ultrasonic waves reflected by the eye E of the subject. A backing material (not shown) is disposed on the back surface of the probe 10. An acoustic lens 16 for converging the ultrasonic wave emitted from the transducer 11 is provided on the subject eye E side (front) of the probe 10.

図2は探触子10に使用される圧電素子の共振周波数と直径の設定手法について説明する図である。探触子10の圧電素子を厚み方向に振動させる場合、圧電素子の直径をDとし、圧電素子の厚さをtとし、周波数定数をNtとし、空気中の音速をCairとし、被検者眼Eと装置との適正作動距離(計測距離)をWとすると、共振周波数fは、
と表され、波長λは、
と表され、球面波の拡散角度(指向角)θsは、
と表され、計測距離Wの場合の照射エリア(直径)Sは、
と表される。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for setting the resonance frequency and diameter of the piezoelectric element used in the probe 10. When the piezoelectric element of the probe 10 is vibrated in the thickness direction, the diameter of the piezoelectric element is D, the thickness of the piezoelectric element is t, the frequency constant is Nt, the speed of sound in the air is Cair, and the subject's eye If the appropriate working distance (measurement distance) between E and the device is W, the resonance frequency f is
And the wavelength λ is
And the diffusion angle (directivity angle) θs of the spherical wave is
The irradiation area (diameter) S in the case of the measurement distance W is
It is expressed.

角膜Ecのみからの反射波が検出されるためには、照射エリアSは、開瞼エリアK(上瞼の下限部分から下瞼の上限部分までの長さ)より小さくなくてはならない(図2参照)。従って、式(4)より
と表される。ここで、θsに式(3)を代入すると、
と表される。また、λに式(2)を代入すると、
と表される。なお、計測距離Wは、被検者に恐怖心を与え難い距離WD1(例えば、約10mm)より長くする必要がある。したがって、W>WD1を満たす条件において、式(7)を満たすような直径D及び共振周波数fの圧電素子が用いられる。
In order for a reflected wave from only the cornea Ec to be detected, the irradiation area S must be smaller than the open area K (length from the lower limit portion of the upper eyelid to the upper limit portion of the lower eyelid) (FIG. 2). reference). Therefore, from equation (4)
It is expressed. Here, substituting equation (3) into θs,
It is expressed. Also, if the formula (2) is substituted into λ,
It is expressed. In addition, the measurement distance W needs to be longer than the distance WD1 (for example, about 10 mm) that hardly gives fear to the subject. Therefore, a piezoelectric element having a diameter D and a resonance frequency f that satisfies Expression (7) is used under the condition that W> WD1.

なお、開瞼エリアKは、大きく開瞼できない被検者であっても角膜Ecのみに超音波が照射されるように、直径約4mm以下に設定されることが好ましい。また、被検者眼Eに対する計測距離Wが長くなると、超音波の音響強度が低下するため、適正な音響強度が得られるような直径D及び共振周波数fの圧電素子が用いられる必要がある。   In addition, it is preferable that the opening area K is set to have a diameter of about 4 mm or less so that an ultrasonic wave is irradiated only to the cornea Ec even if the subject cannot open the eye largely. Further, when the measurement distance W with respect to the subject's eye E is increased, the acoustic intensity of the ultrasonic wave is reduced, and therefore it is necessary to use a piezoelectric element having a diameter D and a resonance frequency f that can obtain an appropriate acoustic intensity.

また、振動方向に垂直な方向に超音波ビーム(平面波)を集束(収束)させる音響レンズの屈折率をnとし、音速をCalとし、曲率半径をrとし、焦点距離をFとし、平面波の収束角度をθfとすると、屈折率nは、
と表される。また、収束角度θfは
と表される。ここで、曲率半径rは、焦点距離をFとすると、Snellの法則より、
と表される。また、計測距離Wの場合、焦点距離からWを引いた位置に照射エリアSがあるので、
と表される。角膜Ecのみからの反射波を検出するため、音響レンズ16によって集束された平面波の照射エリアSは、開瞼エリアKより小さくなくてはならない。従って、式(10)及び式(11)より、
と表される。そして、θfに式(9)を代入すると、
と表される。なお、計測距離Wは被検者に恐怖心を与え難い距離WD1(約10mm)より長くする必要がある。したがって、ここで、W>WD1を満たす条件において、式(13)を満たすような直径Dの圧電素子と焦点距離F及び曲率半径rの音響レンズとが用いられる。
この場合、探触子10の前方に配置された音響レンズ16の焦点位置よりも前(装置側)に照射エリアが設定されている。また、本実施形態では、探触子10から発せられた超音波ビームのビーム径が最も細くなる位置が計測距離Wの位置(照射エリアの位置)となるように圧電素子の共振周波数及び出射径が設定されている。具体的には、音響レンズ16によって集束される平面波のビーム径と、音響レンズ16の中心軸から発せられる球面波のビーム径と、が一致する位置が計測距離Wの位置となるように設定されている。
In addition, the refractive index of an acoustic lens that focuses (converges) an ultrasonic beam (plane wave) in a direction perpendicular to the vibration direction is n, the sound velocity is Cal, the radius of curvature is r, the focal length is F, and the plane wave is converged. If the angle is θf, the refractive index n is
It is expressed. The convergence angle θf is
It is expressed. Here, the radius of curvature r is Snell's law, where F is the focal length,
It is expressed. In the case of the measurement distance W, the irradiation area S is at a position obtained by subtracting W from the focal length.
It is expressed. In order to detect a reflected wave from only the cornea Ec, the irradiation area S of the plane wave focused by the acoustic lens 16 must be smaller than the opening area K. Therefore, from Equation (10) and Equation (11),
It is expressed. Then, substituting equation (9) for θf,
It is expressed. Note that the measurement distance W needs to be longer than the distance WD1 (about 10 mm) at which it is difficult to give fear to the subject. Therefore, here, a piezoelectric element having a diameter D and an acoustic lens having a focal length F and a radius of curvature r satisfying Expression (13) are used under the condition of satisfying W> WD1.
In this case, an irradiation area is set in front of the focal position of the acoustic lens 16 disposed in front of the probe 10 (on the apparatus side). In the present embodiment, the resonance frequency and the emission diameter of the piezoelectric element are such that the position where the beam diameter of the ultrasonic beam emitted from the probe 10 is the thinnest becomes the position of the measurement distance W (position of the irradiation area). Is set. Specifically, the position where the beam distance of the plane wave focused by the acoustic lens 16 and the beam diameter of the spherical wave emitted from the central axis of the acoustic lens 16 coincide is the position of the measurement distance W. ing.

上記のような条件を満たす構成とすれば、被検者に恐怖心を与え難い作動距離が確保された状態において、振動子11から出射される超音波が角膜Ecのみに照射される。なお、上記において、被検者眼Eと装置との適正作動距離を10mmより長くしたのは、被検者眼Eが瞬きをするときに装置の一部(音響レンズ16)と睫とが接触するのを回避するためである。   If the configuration satisfies the above conditions, only the cornea Ec is irradiated with ultrasonic waves emitted from the vibrator 11 in a state where a working distance that does not cause fear to the subject is secured. In the above, the reason why the appropriate working distance between the subject eye E and the device is longer than 10 mm is that when the subject eye E blinks, a part of the device (acoustic lens 16) and the eyelid contact each other. This is to avoid doing.

なお、上記構成においては、圧電素子が厚み方向に振動される場合を例にとって説明したが、圧電素子が径方向に振動される場合においても、本発明の適用は可能である。なお、圧電素子が径方向に振動される場合、径方向に関する周波数定数をNp、圧電素子の直径Dとすると、共振周波数fはNp/Dにより求まる。   In the above configuration, the case where the piezoelectric element is vibrated in the thickness direction has been described as an example. However, the present invention can be applied even when the piezoelectric element is vibrated in the radial direction. When the piezoelectric element is vibrated in the radial direction, the resonance frequency f is determined by Np / D, where Np is the frequency constant in the radial direction and D is the diameter D of the piezoelectric element.

ここで、探触子10は、増幅器81、周波数成分分析部82、周波数位相差特定部83、及び制御部70と順次接続されている。そして、被検者眼に対して入射される入射波(振動子11から出射される出射波)と,被検者眼から反射される反射波に対応する電気信号は、増幅器81によって適切な信号レベルに増幅され、周波数成分分析部82によって、入射波及び反射波の周波数成分分析が行われ、入射波及び反射波のそれぞれについて周波数に対する位相差のスペクトル分布が求められる。   Here, the probe 10 is sequentially connected to an amplifier 81, a frequency component analysis unit 82, a frequency phase difference specifying unit 83, and a control unit 70. Then, an electric signal corresponding to an incident wave incident on the subject's eye (an outgoing wave emitted from the vibrator 11) and a reflected wave reflected from the subject's eye is an appropriate signal by an amplifier 81. The frequency component analysis unit 82 performs frequency component analysis of the incident wave and the reflected wave, and obtains the spectrum distribution of the phase difference with respect to the frequency for each of the incident wave and the reflected wave.

次に、周波数位相差特定部83によって入射波のスペクトル分布と反射波のスペクトル分布とが比較され、それぞれの周波数fxにおける入射波の位相と反射波の位相との差である位相差θxが求められて特定される。ここで、周波数fxにおける位相差θxは被検者眼Eの眼圧(厳密には、眼内圧による角膜の硬さ)に応じて変化するため、制御部80は、周波数位相差特定部83の出力信号に基づいて位相差θxを検出し、その検出結果に基づいて被検者眼Eの眼圧値を得る。なお、前述した超音波パルス法による硬さ検出手法については、特開2002−272743号公報を参照されたい。   Next, the frequency phase difference specifying unit 83 compares the spectrum distribution of the incident wave and the spectrum distribution of the reflected wave, and obtains the phase difference θx that is the difference between the phase of the incident wave and the phase of the reflected wave at each frequency fx. Identified. Here, since the phase difference θx at the frequency fx changes according to the intraocular pressure of the eye E (strictly speaking, the hardness of the cornea due to the intraocular pressure), the control unit 80 includes the frequency phase difference specifying unit 83. The phase difference θx is detected based on the output signal, and the intraocular pressure value of the subject eye E is obtained based on the detection result. For the hardness detection method using the ultrasonic pulse method described above, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-272743.

次に、光学系の構成について説明する。本光学系において、探触子10の背後に配置された光学ユニット20と、作動距離方向である前後方向(以下、Z方向)におけるアライメント検出用のZ指標を角膜Ecに投影するZ指標投影光学系50と、角膜Ecに投影されたZ指標の像を検出するZ指標検出光学系55と、が設けられている。   Next, the configuration of the optical system will be described. In this optical system, an optical unit 20 disposed behind the probe 10 and a Z index projection optical system for projecting an alignment detection Z index on the cornea Ec in the front-rear direction (hereinafter, Z direction) which is the working distance direction. A system 50 and a Z index detection optical system 55 that detects an image of the Z index projected onto the cornea Ec are provided.

なお、光学ユニット20には、被検者眼Eを固視させるための固視標呈示光学系、左右上下方向(X,Y方向)におけるアライメント検出用のXY指標を角膜Ecに投影するXY指標投影光学系、角膜Ecに投影されたXY指標の像を検出するとともに被検者眼Eの前眼部を観察するための観察光学系(XY指標検出光学系)、等が内蔵されている。また、観察光学系には、前眼部の像を撮像する撮像素子が配置されており、撮像素子の撮像信号は、制御部70へ出力され、モニタ72上に前眼部像が表示される。また、XY指標投影光学系によるアライメント指標光束は、角膜Ecに正面から投影され、角膜Ecで鏡面反射されて虚像である指標像i1を形成する。なお、探触子10及び音響レンズ16の中心部には、固視標光束及びアライメント指標光束を通過させるための図示無き開口部が形成されている。   The optical unit 20 has a fixation target presenting optical system for fixing the subject's eye E, and an XY index for projecting an XY index for detecting alignment in the horizontal and vertical directions (X and Y directions) onto the cornea Ec. A projection optical system, an observation optical system (XY index detection optical system) for observing the anterior segment of the subject's eye E, and the like are incorporated. The observation optical system is provided with an image pickup device for picking up an image of the anterior segment. The image pickup signal of the image pickup device is output to the control unit 70 and the anterior segment image is displayed on the monitor 72. . Further, the alignment index light beam by the XY index projection optical system is projected from the front onto the cornea Ec and is specularly reflected by the cornea Ec to form an index image i1 that is a virtual image. An opening (not shown) for passing the fixation target light beam and the alignment index light beam is formed at the center of the probe 10 and the acoustic lens 16.

Z指標投影光学系50は、赤外光源51及び投影レンズ52を有し、アライメント指標を角膜Ecに投影する。なお、Z指標投影光学系50の投影光軸L4は、観察光学系の光軸L1と所定の角度で交わる。ここで、光源51による光は、レンズ52によって略平行光束とされた後、投影光軸L4に沿って角膜Ecに斜め方向から投影され、角膜Ecで鏡面反射されて虚像である指標像i2を形成する。   The Z index projection optical system 50 includes an infrared light source 51 and a projection lens 52, and projects the alignment index onto the cornea Ec. Note that the projection optical axis L4 of the Z index projection optical system 50 intersects the optical axis L1 of the observation optical system at a predetermined angle. Here, the light from the light source 51 is converted into a substantially parallel light beam by the lens 52, then projected from the oblique direction onto the cornea Ec along the projection optical axis L4, and is specularly reflected by the cornea Ec to generate an index image i2 that is a virtual image. Form.

Z指標検出光学系55は、受光レンズ56,フィルタ57及び位置検出素子58(例えば、ラインCCD)を有し、Z指標投影光学系50によって角膜Ecに形成されたアライメント指標の像を検出する。なお、Z指標検出光学系55の投影光軸L5とZ指標投影光学系50の投影光軸L4とは光軸L1に対して対称であって光軸L1上で互いに交差する。被検者眼E(角膜Ec)Z方向における位置が変化すると、位置検出素子58における指標像i2の検出位置も変化するため、位置検出素子58からの検出信号に基づき、被検者眼Eに対する探触子10のZ方向におけるアライメント状態が検出される。なお、Z指標検出光学系55は、被検者眼Eと装置との作動距離を前述の適正計測距離Wに調整できるように設定されている。   The Z index detection optical system 55 includes a light receiving lens 56, a filter 57, and a position detection element 58 (for example, a line CCD), and detects an image of an alignment index formed on the cornea Ec by the Z index projection optical system 50. The projection optical axis L5 of the Z index detection optical system 55 and the projection optical axis L4 of the Z index projection optical system 50 are symmetric with respect to the optical axis L1 and intersect each other on the optical axis L1. When the position in the subject eye E (cornea Ec) Z direction changes, the detection position of the index image i2 in the position detection element 58 also changes. Therefore, based on the detection signal from the position detection element 58, the subject eye E is detected. The alignment state in the Z direction of the probe 10 is detected. The Z index detection optical system 55 is set so that the working distance between the subject eye E and the apparatus can be adjusted to the above-described appropriate measurement distance W.

また、制御部70は、探触子10、周波数位相差特定部83、光源51、位置検出素子58、表示モニタ72、メモリ75、等と接続され、装置全体の制御、測定値の演算処理、等を行う。   The control unit 70 is connected to the probe 10, the frequency phase difference specifying unit 83, the light source 51, the position detection element 58, the display monitor 72, the memory 75, etc. Etc.

なお、メモリ75には、周波数fxにおける位相差θxと被検者眼Eの眼圧値との相関関係を示すテーブルが記憶されており、制御部70は、周波数位相差特定部83から出力される位相差θxに対応する被検者眼Eの眼圧値をメモリ75から得、得られた眼圧値をモニタ72に表示する。なお、位相差θxと被検者眼Eの眼圧値との相関関係は、例えば、ゴールドマン眼圧計によって得られる被検者眼Eの眼圧値と、本装置によって取得される位相差θxと、の相関関係を予め実験で求めておくことによって設定可能である。また、メモリ75には、探触子10を用いて被検者眼Eの眼圧を測定するためのプログラムの他、装置全体の制御を行うためのプログラム等が記憶されている。   The memory 75 stores a table indicating the correlation between the phase difference θx at the frequency fx and the intraocular pressure value of the subject's eye E. The control unit 70 is output from the frequency phase difference specifying unit 83. An intraocular pressure value of the subject eye E corresponding to the phase difference θx is obtained from the memory 75 and the obtained intraocular pressure value is displayed on the monitor 72. The correlation between the phase difference θx and the intraocular pressure value of the subject eye E is, for example, the intraocular pressure value of the subject eye E obtained by a Goldman tonometer and the phase difference θx obtained by the present apparatus. It is possible to set by previously obtaining the correlation between and experimentally. In addition, the memory 75 stores a program for controlling the entire apparatus in addition to a program for measuring the intraocular pressure of the subject's eye E using the probe 10.

以上のような構成を有する装置の動作について説明する。まず、検者は、モニタ72を見ながら、図示無きジョイスティックを用いて被検者眼Eに対するアライメントを行う。このとき、制御部70は、図3(a)に示すように、観察光学系の撮像素子によって得られた前眼部像と、被検者眼Eに対するアライメントを行うために利用されるレチクルLT及びインジケータGと、をモニタ72上に合成して表示する。   The operation of the apparatus having the above configuration will be described. First, the examiner performs alignment with the subject eye E using a joystick (not shown) while looking at the monitor 72. At this time, as shown in FIG. 3A, the control unit 70 aligns the anterior segment image obtained by the imaging device of the observation optical system and the subject eye E with the reticle LT. And the indicator G are synthesized and displayed on the monitor 72.

指標像i2が位置検出素子58によって検出される状態になると、被検者眼Eに対する装置のZ方向におけるアライメント状態が検出可能となる。制御部70は、位置検出素子58からの検出信号に基づいてZ方向のアライメント状態を検出し、この検出結果に基づいてインジケータGの表示を制御する。   When the index image i2 is detected by the position detection element 58, the alignment state of the apparatus with respect to the subject eye E in the Z direction can be detected. The control unit 70 detects the alignment state in the Z direction based on the detection signal from the position detection element 58, and controls the display of the indicator G based on the detection result.

検者は、指標像i1がレチクルLT内に入ると共にインジケータGがアライメント完了を示す状態(図3(b)参照)になるように、図示無きジョイスティックを操作する。このようにして各方向のアライメントが完了し、検者によって図示無き測定開始スイッチが押されると、制御部70は、測定開始のトリガ信号を発し、探触子10を用いて眼圧測定を開始する。   The examiner operates a joystick (not shown) so that the index image i1 enters the reticle LT and the indicator G is in a state where alignment is completed (see FIG. 3B). When the alignment in each direction is completed in this way and the measurement start switch (not shown) is pushed by the examiner, the control unit 70 issues a measurement start trigger signal and starts tonometry using the probe 10. To do.

上記のようにして測定開始のトリガ信号が発せられる(入力される)と、制御部70は、そのトリガ信号に基づいて、振動子11を用いて被検者眼Eに超音波(入射波)を入射させると共に、センサ14を用いて被検者眼Eからの超音波(反射波)を検出する。そして、制御部70は、前述のように、周波数位相差特定部83からの出力信号に基づいて被検者眼Eの眼圧値を算出し、測定結果をモニタ82に表示する。   When a trigger signal for starting measurement is generated (input) as described above, the control unit 70 uses the vibrator 11 to generate ultrasonic waves (incident waves) on the subject's eye E based on the trigger signal. And ultrasonic waves (reflected waves) from the subject's eye E are detected using the sensor 14. Then, as described above, the control unit 70 calculates the intraocular pressure value of the subject eye E based on the output signal from the frequency phase difference specifying unit 83 and displays the measurement result on the monitor 82.

以上のような構成とすれば、超音波照射時に角膜Ec以外(例えば、瞼、睫、等)に超音波が照射されるのを回避できるため、被検者眼に対する作動距離を長く確保できると共に、測定精度の低下を回避できる。   With the configuration as described above, it is possible to avoid irradiating ultrasonic waves other than the cornea Ec (for example, eyelids, eyelids, etc.) at the time of ultrasonic irradiation. , A decrease in measurement accuracy can be avoided.

また、以上の説明においては、探触子10の前に音響レンズ16を配置する構成としたが、音響レンズ(凹型の整合層)に代えて平面状の整合層が用いられてもよい。図4は、平面状の整合層が用いられた場合の探触子10から出射される超音波の照射エリアの設定手法について説明する図である。   In the above description, the acoustic lens 16 is arranged in front of the probe 10, but a planar matching layer may be used instead of the acoustic lens (concave matching layer). FIG. 4 is a diagram for explaining a method for setting an irradiation area of ultrasonic waves emitted from the probe 10 when a planar matching layer is used.

球面波によって形成される照射エリアSは、式(4)を用いて求めることができる。また、平面波によって形成される照射エリアSは、圧電素子の直径Dに対応する。作動距離を確保しながら角膜Ecのみからの反射波を検出するためには、照射エリアSが開瞼エリアKより小さくなくてはならない(図4参照)。したがって、W>WD1を満たす条件において、式(7)及びD<Kを満たすような直径D及び共振周波数fの圧電素子が用いられる。   The irradiation area S formed by the spherical wave can be obtained using Expression (4). An irradiation area S formed by plane waves corresponds to the diameter D of the piezoelectric element. In order to detect a reflected wave from only the cornea Ec while ensuring a working distance, the irradiation area S must be smaller than the opening area K (see FIG. 4). Accordingly, a piezoelectric element having a diameter D and a resonance frequency f satisfying the expression (7) and D <K under the condition satisfying W> WD1 is used.

この場合、例えば、探触子10から出射された超音波ビームが球面波の影響で拡散に転じる位置が照射エリアの位置となるように,圧電素子の共振周波数及び出射径を設定するようなことが考えられる。   In this case, for example, the resonance frequency and the emission diameter of the piezoelectric element are set so that the position where the ultrasonic beam emitted from the probe 10 turns to the diffusion due to the influence of the spherical wave becomes the position of the irradiation area. Can be considered.

なお、以上の説明(図2及び4参照)においては、平面波及び球面波によって形成される超音波ビームのビーム径が最も細くなる位置が計測距離Wの位置とされたが、被検者に恐怖心を与え難い距離WD1を確保しつつ、照射エリアSを開瞼エリアKより小さくできれば、さらに前方が計測距離Wの位置として設定されてもよい。 In the above description (see FIGS. 2 and 4), the position where the beam diameter of the ultrasonic beam formed by the plane wave and the spherical wave is the smallest is the position of the measurement distance W. If the irradiation area S can be made smaller than the opening area K while securing the distance WD 1 that is difficult to give a heart, the front may be set as the position of the measurement distance W.

また、超音波ビームのビーム径が最も細くなる位置より後方が計測距離の位置とされてもよいが、球面波の拡散によって音響強度が低下するため、適正な音響強度が得られる範囲に設定される必要がある。   In addition, the position behind the position where the beam diameter of the ultrasonic beam becomes the smallest may be the measurement distance position, but the acoustic intensity decreases due to the diffusion of the spherical wave, so it is set within a range where an appropriate acoustic intensity can be obtained. It is necessary to

次に、吸音材を用いて超音波ビームを制限する手法について示す。図5は、被検者Eと探触子10との間に吸音材が配置された場合の図である。この場合、探触子10の前には、平面状の整合層が設けられている。このため、平面波のビームは、作動距離方向に関して平行なビーム形状となる。   Next, a method for limiting an ultrasonic beam using a sound absorbing material will be described. FIG. 5 is a view when a sound absorbing material is disposed between the subject E and the probe 10. In this case, a planar matching layer is provided in front of the probe 10. For this reason, the plane wave beam has a beam shape parallel to the working distance direction.

また、探触子10と被検者眼Eとの間には、超音波を吸収する特性を有する吸音材30が配置されている。吸音材30の中心部には、超音波を通過させるための開口部31が形成されている。このため、探触子10から出射された超音波の一部は、開口部31を介して角膜Ecに照射され、探触子10から出射された超音波の一部は、吸音材30によって吸収される。すなわち、開口部31が形成された吸音材30は、探触子10から出射される超音波のビーム形状を制限する。   Further, a sound absorbing material 30 having a characteristic of absorbing ultrasonic waves is disposed between the probe 10 and the subject's eye E. An opening 31 for allowing ultrasonic waves to pass through is formed at the center of the sound absorbing material 30. For this reason, a part of the ultrasonic wave emitted from the probe 10 is irradiated to the cornea Ec through the opening 31, and a part of the ultrasonic wave emitted from the probe 10 is absorbed by the sound absorbing material 30. Is done. That is, the sound absorbing material 30 in which the opening 31 is formed restricts the shape of the ultrasonic beam emitted from the probe 10.

ここで、探触子10の圧電素子が厚み方向に振動される場合、圧電素子の直径をDとし、圧電素子の厚さをtとし、周波数定数をNtとし、空気中の音速をCairとし、被検者眼Eと装置との適正作動距離(計測距離)をWとすると、共振周波数fは、
と表され、波長λは、
と表され、整合層の厚さRは、
と表され、球面波の拡散角度(指向角)θsは
と表され、整合層から吸音材までの距離がXの場合の照射エリアSは
で表される。
Here, when the piezoelectric element of the probe 10 is vibrated in the thickness direction, the diameter of the piezoelectric element is D, the thickness of the piezoelectric element is t, the frequency constant is Nt, the speed of sound in the air is Cair, When the appropriate working distance (measurement distance) between the subject's eye E and the apparatus is W, the resonance frequency f is
And the wavelength λ is
And the thickness R of the matching layer is
And the diffusion angle (directivity angle) θs of the spherical wave is
The irradiation area S when the distance from the matching layer to the sound absorbing material is X is
It is represented by

また、平面波によって形成される照射エリアは圧電素子の直径Dに対応する。ここで、作動距離を確保しながら角膜Ecのみからの反射波を検出するためには、角膜Ecに到達する超音波ビームの照射エリア(球面波及び平面波の照射エリア)は開瞼エリアKより小さくなくてはならない。   An irradiation area formed by plane waves corresponds to the diameter D of the piezoelectric element. Here, in order to detect the reflected wave from only the cornea Ec while ensuring the working distance, the irradiation area of the ultrasonic beam (spherical wave and plane wave irradiation area) reaching the cornea Ec is smaller than the opening area K. Must-have.

そこで、吸音材30について、開口部31の開口径Hを開瞼エリアKより小さく(H<K)形成すると共に、作動距離方向における形成位置を球面波の照射エリアSと開口径Hとが略同じ大きさとなる位置(距離X)より前方(被検者眼側)とする。   Therefore, the sound absorbing material 30 is formed so that the opening diameter H of the opening 31 is smaller than the opening area K (H <K), and the formation position in the working distance direction is substantially equal to the spherical wave irradiation area S and the opening diameter H. It is set to the front (examinee eye side) from the same position (distance X).

これにより、吸音材30の開口部31を通過した平面波のビーム径は、開口部31の開口径Hと同じ大きさとなり、結果的に、開瞼エリアKより小さくなる。また、探触子10から出射された球面波は、吸音材30によって吸収される。したがって、探触子10から出射された後に吸音材30を通過した超音波のビーム形状は、開瞼エリアKより小さくなる。   Thereby, the beam diameter of the plane wave that has passed through the opening 31 of the sound absorbing material 30 becomes the same size as the opening diameter H of the opening 31 and consequently becomes smaller than the opening area K. The spherical wave emitted from the probe 10 is absorbed by the sound absorbing material 30. Therefore, the beam shape of the ultrasonic wave that has passed through the sound absorbing material 30 after being emitted from the probe 10 is smaller than the cleavage area K.

なお、吸音材30が用いられる場合、被検者眼Eと装置との作動距離は、吸音材30の被検者眼E側端面が基準となる。ここで、作動距離WDは、被検者に恐怖心を与え難い距離WD1(例えば、約10mm)より長くする必要がある。   When the sound absorbing material 30 is used, the working distance between the subject eye E and the apparatus is based on the end surface of the sound absorbing material 30 on the subject eye E side. Here, the working distance WD needs to be longer than the distance WD1 (for example, about 10 mm) that hardly gives fear to the subject.

この場合、眼圧測定が可能な音響強度が得られるような出射径(D)及び共振周波数fの圧電素子を用いる必要がある。また、開瞼エリアKは、大きく開瞼できない被検者であっても角膜Ecのみに超音波が照射されるように、直径約4mm以下に設定されるのが好ましい。また、開口部31の開口径Hを開瞼エリアKより小さくする場合、開口径Hが小さくなるにつれて、検出される超音波ビームが減少してしまうため、眼圧測定が可能な音響強度が得られる程度の大きさに設定する必要がある。   In this case, it is necessary to use a piezoelectric element having an emission diameter (D) and a resonance frequency f so as to obtain an acoustic intensity capable of measuring intraocular pressure. Further, it is preferable that the opening area K is set to have a diameter of about 4 mm or less so that the ultrasonic wave is irradiated only to the cornea Ec even if the subject cannot open the eye largely. Further, when the opening diameter H of the opening 31 is made smaller than the opening area K, the detected ultrasonic beam decreases as the opening diameter H becomes smaller, so that an acoustic intensity capable of measuring intraocular pressure is obtained. It is necessary to set the size as large as possible.

すなわち、上記構成においては、探触子10と被検者眼との間に吸音材を設け、探触子10から出射された超音波ビームを通過させるための開口であって開瞼エリアよりも小さい開口を吸音材に設けると共に、球面波の照射エリアの大きさと吸音材の開口の大きさとが略同じなる位置より前方に形成される球面波吸収部を吸音材に設けた。   That is, in the above configuration, a sound absorbing material is provided between the probe 10 and the subject's eye, and an opening for allowing the ultrasonic beam emitted from the probe 10 to pass therethrough is larger than the opening area. A small opening was provided in the sound absorbing material, and a spherical wave absorbing portion formed in front of the position where the size of the spherical wave irradiation area and the size of the sound absorbing material opening were substantially the same was provided in the sound absorbing material.

これにより、被検者に恐怖心を与え難い作動距離が確保された状態において、振動子11から出射される超音波を角膜Ecのみに照射させることができる。なお、上記吸音材を用いる構成の場合、探触子10から出射される超音波ビームを吸音材で制限する分、超音波エネルギーが減衰してしまうが、吸音材の形状と配置によって照射エリアを容易に設定できる利点を持つ。一方、探触子10の共振周波数及び出射径によって照射エリアを設定する構成の場合、被検者眼に入射される超音波エネルギーが吸音材によって減衰されることがないため、被検者眼に対して効率よく超音波を照射できる利点を持つ。   Thereby, the ultrasonic wave emitted from the vibrator 11 can be irradiated only to the cornea Ec in a state in which a working distance that hardly causes fear to the subject is secured. In the case of the configuration using the above sound absorbing material, the ultrasonic energy is attenuated as much as the ultrasonic beam emitted from the probe 10 is limited by the sound absorbing material, but the irradiation area depends on the shape and arrangement of the sound absorbing material. Has the advantage of being easy to set. On the other hand, in the configuration in which the irradiation area is set by the resonance frequency and the emission diameter of the probe 10, since the ultrasonic energy incident on the subject's eye is not attenuated by the sound absorbing material, On the other hand, it has the advantage of being able to irradiate ultrasonic waves efficiently.

なお、以上の説明において、探触子10を用いて被検者眼に超音波を入射させる場合、被検者眼に入射される超音波をパルス波としたが、これに限るものではなく、連続波を用いるようにしてもよい。   In the above description, when the ultrasonic wave is incident on the subject's eye using the probe 10, the ultrasonic wave incident on the subject's eye is a pulse wave. However, the present invention is not limited to this. A continuous wave may be used.

また、以上の説明においては、振動子11に入力される入力位相とセンサ13から出力される出力位相との位相差による音響インピーダンスの違いにより眼圧を求めるものとしたが、振動子11から発せられる入射波とセンサ13によって検出される反射波とを比較し演算処理によって眼圧を測定するものであれば、これに限るものではない。例えば、振動子11から発せられる入射波の周波数とセンサ13によって検出される反射波の周波数を比較して演算処理により眼圧を求めるようにしてもよい。より具体的には、振動子11への入力波形とセンサ13からの出力波形との間に位相差が生じたときに振動子11が発する超音波の周波数を変化させることで位相差をゼロにシフトさせる位相シフト回路を設け、位相差をゼロにシフトさせたときの周波数変化量を検出することによって眼圧を求めてもよい。   In the above description, the intraocular pressure is obtained from the difference in acoustic impedance due to the phase difference between the input phase input to the vibrator 11 and the output phase output from the sensor 13. However, the present invention is not limited to this as long as the intraocular pressure is measured by a calculation process by comparing the incident wave to be detected and the reflected wave detected by the sensor 13. For example, the frequency of the incident wave emitted from the vibrator 11 and the frequency of the reflected wave detected by the sensor 13 may be compared to obtain the intraocular pressure by calculation processing. More specifically, the phase difference is reduced to zero by changing the frequency of the ultrasonic wave generated by the vibrator 11 when a phase difference occurs between the input waveform to the vibrator 11 and the output waveform from the sensor 13. A phase shift circuit for shifting may be provided, and the intraocular pressure may be obtained by detecting a frequency change amount when the phase difference is shifted to zero.

なお、以上の説明においては、円形の圧電素子を例にとって説明したが、これに限るものではなく、超音波ビームの適正作動距離における照射エリアが被検者眼の開瞼エリアに収まるように共振周波数及び出射径が設定された圧電素子であればよい。この場合、例えば、矩形(長方形、正方形、等)の圧電素子を用いることが考えられる。なお、正方形の圧電素子を用いる場合、正方形の対角線の長さを前述の直径Dに対応するものとして、球面波の拡散角度θs等を求め、超音波ビームの適正作動距離における照射エリアが被検者眼の開瞼エリアよりも小さくなるような圧電素子を選択すればよい。   In the above description, a circular piezoelectric element has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the resonance is performed so that the irradiation area at the proper working distance of the ultrasonic beam is within the eye opening area of the subject's eye. Any piezoelectric element having a set frequency and emission diameter may be used. In this case, for example, it is conceivable to use a rectangular (rectangular, square, etc.) piezoelectric element. When a square piezoelectric element is used, assuming that the length of the diagonal of the square corresponds to the diameter D described above, the diffusion angle θs of the spherical wave is obtained, and the irradiation area at the proper working distance of the ultrasonic beam is detected. A piezoelectric element that is smaller than the open eye area of the human eye may be selected.

また、探触子10にセラミック圧電探触子を用いるのではなく、広帯域の周波数成分を有する超音波ビームを送受波する広帯域空気結合超音波探触子を探触子10として用いるようにしてもよい。この場合、広帯域空気結合超音波探触子は、適正作動距離における超音波ビームの照射エリアが被検者眼の角膜エリアに収まるように、その出射径又は出射面形状が設定される。   Further, instead of using a ceramic piezoelectric probe as the probe 10, a broadband air-coupled ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic beam having a broadband frequency component may be used as the probe 10. Good. In this case, the emission diameter or the emission surface shape of the broadband air-coupled ultrasonic probe is set so that the irradiation area of the ultrasonic beam at an appropriate working distance falls within the cornea area of the subject's eye.

図6は本実施形態に係る広帯域空気結合超音波探触子の要部について説明する図である。探触子10は、広帯域の周波数成分を有する超音波を送受波する広帯域空気結合超音波探触子(Broadband Air-coupled Transducer)であり、マイクロアコースティック(Microacoustic)社のBATTM振動子が用いられる。なお、BATTM探触子は、コンデンサ型(静電容量型)センサーである。 FIG. 6 is a diagram for explaining a main part of the broadband air-coupled ultrasonic probe according to the present embodiment. The probe 10 is a broadband air-coupled transducer that transmits and receives ultrasonic waves having a broadband frequency component, and uses a BAT TM transducer of Microacoustic. . The BAT TM probe is a capacitor type (capacitance type) sensor.

より具体的には、探触子10は、それぞれがエアポケットとなる複数の微細な孔111aが形成された基板(バックプレート)111と、基板111の下部(基板111の粗面化されていない面側)に配置された第1の電極113と、基板111の上部(基板111の粗面化された面側)に配置される第2の電極117と、第2電極117と基板111との間に配置された絶縁膜(又は誘電膜)115(以下、絶縁膜115に省略する)と、を有する。   More specifically, the probe 10 includes a substrate (back plate) 111 formed with a plurality of fine holes 111a each serving as an air pocket, and a lower portion of the substrate 111 (the substrate 111 is not roughened). The first electrode 113 arranged on the surface side), the second electrode 117 arranged on the upper portion of the substrate 111 (the roughened surface side of the substrate 111), the second electrode 117, and the substrate 111 And an insulating film (or dielectric film) 115 (hereinafter abbreviated as the insulating film 115) disposed therebetween.

なお、基板111に関して、片方(上方)の面が粗面化され、小さなエアポケットが形成されるようになっていればよい。また、絶縁膜115としては、ポリエチレン、ポリイミドなどの絶縁性ポリマー材料、もしくは、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、マイカなどの絶縁性非ポリマー材料を用いることが考えられる。   Note that it is only necessary that one (upper) surface of the substrate 111 is roughened to form a small air pocket. The insulating film 115 may be made of an insulating polymer material such as polyethylene or polyimide, or an insulating non-polymer material such as silicon nitride, aluminum oxide, or mica.

なお、基板111、絶縁膜115、及び第2の電極117は、凹状に湾曲した形状(凹面形状)となっており、被検者眼に照射される超音波ビームが収束されるような構成となっている。すなわち、探触子10は、適正作動距離における超音波ビームの照射エリアが被検者眼の開瞼エリアに収まるように、出射面形状が設定されている。この場合、例えば、探触子10の出射面における凹面の曲率半径を被検者眼と眼圧計との適正作動距離と同じにすればよい。これにより、超音波の照射エリアを角膜のみに制限することができるため、被検者眼の瞼等から反射された超音波がノイズとなって測定精度が低下するのを回避できる。   Note that the substrate 111, the insulating film 115, and the second electrode 117 have a concavely curved shape (concave shape) so that the ultrasonic beam irradiated to the subject's eye is converged. It has become. In other words, the probe 10 has an emission surface shape so that the irradiation area of the ultrasonic beam at an appropriate working distance is within the eye opening area of the subject's eye. In this case, for example, the radius of curvature of the concave surface on the exit surface of the probe 10 may be the same as the appropriate working distance between the subject's eye and the tonometer. Thereby, since the irradiation area of the ultrasonic wave can be limited to only the cornea, it is possible to prevent the ultrasonic wave reflected from the eyelid or the like of the subject's eye from becoming noise and reducing the measurement accuracy.

ここで、第1の電極113と第2の電極117との間に電圧が印加されると、絶縁膜115が振動され超音波が発生する。また、絶縁膜115が振動されると、絶縁膜115と基板111との間の空気層が振動され、複数の微細な孔111aがそれぞれエアポケットとして機能する。そして、エアポケット内の空気と、絶縁膜115及び第2の電極117が共振状態となることにより空気中における伝搬効率の高い超音波が被検者眼に向けて照射される。この場合、例えば、約200kHz〜1MHzまでの周波数帯域を持つ広帯域の超音波が発せられる。なお、図6に示した広帯域空気結合超音波探触子の詳細については、米国特許5287331号公報、特表2005−506783号公報等を参照されたい。   Here, when a voltage is applied between the first electrode 113 and the second electrode 117, the insulating film 115 is vibrated and ultrasonic waves are generated. Further, when the insulating film 115 is vibrated, the air layer between the insulating film 115 and the substrate 111 is vibrated, and the plurality of fine holes 111a each function as an air pocket. Then, the air in the air pocket, and the insulating film 115 and the second electrode 117 are in a resonance state, so that ultrasonic waves with high propagation efficiency in the air are irradiated toward the subject's eye. In this case, for example, broadband ultrasonic waves having a frequency band from about 200 kHz to 1 MHz are emitted. For details of the broadband air-coupled ultrasonic probe shown in FIG. 6, refer to US Pat. No. 5,287,331, JP 2005-506783, and the like.

以上示したように、探触子10として広帯域空気結合超音波探触子を用いることにより、空気中における超音波の伝搬効率を格段に高めることができるため、被検者眼に対する作動距離を長くしても被検者眼角膜からの反射波を高い感度で検出できる。   As described above, by using a broadband air-coupled ultrasonic probe as the probe 10, the propagation efficiency of ultrasonic waves in the air can be remarkably increased, so that the working distance to the eye of the subject is increased. Even so, the reflected wave from the subject's eye cornea can be detected with high sensitivity.

なお、上記構成においては、探触子10の出射面形状を凹面形状したが、平面形状であってもよい。この場合、被検者眼に照射される超音波が被検者眼角膜のみに照射されるように、探触子10の出射面を設定するのが好ましい。例えば、被検者眼の開瞼エリアよりも探触子10の出射径を小さくするようなことが考えられる。   In addition, in the said structure, although the output surface shape of the probe 10 was concave shape, a planar shape may be sufficient. In this case, it is preferable to set the emission surface of the probe 10 so that the ultrasonic wave irradiated to the subject's eye is irradiated only to the subject's eye cornea. For example, it is conceivable to make the emission diameter of the probe 10 smaller than the open area of the subject's eye.

また、探触子10の出射面の表面形状が平面形状の場合においても、超音波を収束させる構成とすることは可能である。この場合、第2の電極117の一部がリング状に除去され、第2の電極117による同心円状の多重リングパターンが出射面に形成されるような構成(いわゆる音響的フレネルゾーンプレート)が考えられる。この場合、リング状に形成された各電極117から発せられる超音波同士が干渉されることにより超音波が収束される。   Further, even when the surface shape of the emission surface of the probe 10 is a planar shape, it is possible to adopt a configuration in which ultrasonic waves are converged. In this case, a configuration (so-called acoustic Fresnel zone plate) in which a part of the second electrode 117 is removed in a ring shape and a concentric multiple ring pattern by the second electrode 117 is formed on the emission surface is considered. It is done. In this case, the ultrasonic waves are converged by the interference between the ultrasonic waves emitted from the respective electrodes 117 formed in a ring shape.

また、本実施形態の探触子10によれば、従来のセラミック圧電振動子と比較して探触子10から発せられる球面波の影響を軽減できるため、被検者眼に照射される超音波が被検者眼の角膜以外に照射されるのを容易に回避できる。   Further, according to the probe 10 of the present embodiment, since the influence of the spherical wave emitted from the probe 10 can be reduced as compared with the conventional ceramic piezoelectric vibrator, the ultrasonic wave irradiated to the subject's eye. Can be easily avoided from being irradiated to other than the cornea of the subject's eye.

なお、以上の説明において、被検者眼に入射される入射波と被検者眼から反射される反射波との位相差により被検者眼の眼圧を求めるものとしたが、これに限るものではなく、反射波の音響強度を検出して被検者眼の眼圧を求めるようにしてもよい。この場合、眼圧が高いほど、角膜と空気との音響インピーダンスの差が大きいため、音響強度が強く検出され、眼圧が低いほど、角膜と空気との音響インピーダンスの差が小さいため、音響強度が弱く検出される。   In the above description, the intraocular pressure of the subject's eye is obtained from the phase difference between the incident wave incident on the subject's eye and the reflected wave reflected from the subject's eye. Instead of this, the acoustic intensity of the reflected wave may be detected to determine the intraocular pressure of the subject's eye. In this case, the higher the intraocular pressure, the greater the difference in acoustic impedance between the cornea and air, so the stronger the acoustic intensity is detected, and the lower the intraocular pressure, the smaller the difference in acoustic impedance between the cornea and air, Is weakly detected.

例えば、探触子10から出力される反射波の音響強度に基づいて角膜の音響インピーダンスを算出し、算出された音響インピーダンスから被検者眼の眼圧を算出するようなことが考えられる。この場合、音響インピーダンス(もしくは音響強度)と被検者眼の眼圧との関係を予め求めておけばよい。   For example, it is conceivable to calculate the acoustic impedance of the cornea based on the acoustic intensity of the reflected wave output from the probe 10 and calculate the intraocular pressure of the subject's eye from the calculated acoustic impedance. In this case, the relationship between the acoustic impedance (or acoustic intensity) and the intraocular pressure of the subject's eye may be obtained in advance.

なお、以上の説明においては、被検眼の眼前に超音波を送受波する探触子10を配置する構成としたが、図7に示すように、被検者眼Eに入射させる超音波を発する振動子11と、被検者眼Eで反射された超音波を検出する振動検出センサ13を、観察光軸L1に対して対称な位置に設けるような構成であってもよい。   In the above description, the probe 10 for transmitting and receiving ultrasonic waves is arranged in front of the eye of the subject's eye. However, as shown in FIG. 7, the ultrasonic wave that is incident on the subject's eye E is emitted. A configuration in which the vibrator 11 and the vibration detection sensor 13 for detecting the ultrasonic wave reflected by the subject's eye E are provided at positions symmetrical with respect to the observation optical axis L1.

本実施形態に係る非接触式超音波眼圧計の構成について説明する図である。It is a figure explaining the structure of the non-contact-type ultrasonic tonometer concerning this embodiment. 探触子に使用される圧電素子の共振周波数と直径の設定手法について説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the resonant frequency and diameter of a piezoelectric element used for a probe. モニタに表示される前眼部観察画面の一例である。It is an example of the anterior ocular segment observation screen displayed on a monitor. 平面状の整合層が用いられた場合の探触子から出射される超音波の照射エリアの設定手法について説明する図である。It is a figure explaining the setting method of the irradiation area of the ultrasonic wave radiate | emitted from a probe at the time of using a planar matching layer. 被検者眼と探触子との間に吸音材が配置された場合の図である。It is a figure in case a sound-absorbing material is arrange | positioned between a subject's eye and a probe. 本実施形態に係る広帯域空気結合超音波探触子の要部について説明する図である。It is a figure explaining the principal part of the broadband air coupling ultrasonic probe which concerns on this embodiment. 振動子と振動検出センサを観察光軸に対して対称な位置に設けた場合の図である。It is a figure at the time of providing a vibrator | oscillator and a vibration detection sensor in the symmetrical position with respect to an observation optical axis.

符号の説明Explanation of symbols

10 探触子
16 音響レンズ
50 Z指標投影光学系
55 Z指標検出光学系
111 基板
113 第1の電極
115 絶縁膜(又は誘電膜)
117 第2の電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Probe 16 Acoustic lens 50 Z index projection optical system 55 Z index detection optical system 111 Substrate 113 1st electrode 115 Insulating film (or dielectric film)
117 second electrode

Claims (9)

被検者眼に入射させる超音波を発するとともに被検者眼で反射された超音波を検出する探触子と、
前記探触子から出力された測定信号を処理して眼圧を求める演算部と、
を有し、被検者眼の眼圧を測定する非接触式超音波眼圧計において、
被検者眼と眼圧計との適正作動距離は、少なくとも10mmより長く設定されており、
前記探触子は、超音波ビームの前記適正作動距離における照射エリアが被検者眼の開瞼エリアに収まるように、出射径もしくは出射面形状が定められている,又は吸音材が設けられていることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
A probe that emits ultrasonic waves incident on the subject's eyes and detects ultrasonic waves reflected by the subject's eyes;
A calculation unit for obtaining intraocular pressure by processing the measurement signal output from the probe;
In a non-contact ultrasonic tonometer that measures the intraocular pressure of the subject's eye,
The appropriate working distance between the subject's eye and the tonometer is set to be longer than at least 10 mm,
The probe has an emission diameter or an emission surface shape, or a sound absorbing material is provided so that an irradiation area of the ultrasonic beam at the appropriate working distance falls within the eye opening area of the subject's eye. A non-contact ultrasonic tonometer characterized by comprising:
請求項1の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、前記照射エリアが前記開瞼エリアよりも小さくなるように設定された共振周波数及び出射径を持つ圧電素子を有することを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact ultrasonic tonometer according to claim 1,
The non-contact ultrasonic tonometer, wherein the probe includes a piezoelectric element having a resonance frequency and an emission diameter set so that the irradiation area is smaller than the opening area.
請求項2の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、該探触子から出射された超音波ビームが最も細くなる位置が前記照射エリアの位置となるように前記圧電素子の共振周波数及び出射径が設定されていることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact ultrasonic tonometer according to claim 2,
The probe is characterized in that a resonance frequency and an emission diameter of the piezoelectric element are set so that a position where the ultrasonic beam emitted from the probe becomes the thinnest is a position of the irradiation area. Non-contact ultrasonic tonometer.
請求項3の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、該探触子から出射された超音波ビームが球面波の影響で拡散に転じる位置が前記照射エリアの位置となるように前記圧電素子の共振周波数及び出射径が設定されていることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact ultrasonic tonometer according to claim 3,
In the probe, the resonance frequency and the emission diameter of the piezoelectric element are set so that the position where the ultrasonic beam emitted from the probe turns to the diffusion due to the influence of the spherical wave becomes the position of the irradiation area. A non-contact ultrasonic tonometer characterized by comprising:
請求項4の非接触眼圧計は、前記探触子の前方に配置された,超音波ビームを集束させる音響レンズを有し、
前記音響レンズの焦点位置よりも前に前記照射エリアが設定されていることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact tonometer according to claim 4 includes an acoustic lens that is disposed in front of the probe and focuses an ultrasonic beam.
The non-contact ultrasonic tonometer, wherein the irradiation area is set before the focal position of the acoustic lens.
請求項1の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、該探触子と被検者眼との間に配置された,該探触子から出射された超音波ビームを吸収する吸音材を有し、
前記吸音材は、前記探触子から出射された超音波ビームを通過させるための開口であって前記開瞼エリアよりも小さい開口を有すると共に、球面波の照射エリアの大きさと吸音材の開口の大きさとが略同じなる位置より前方に形成された球面波吸収部を有することを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact ultrasonic tonometer according to claim 1,
The probe has a sound absorbing material that is disposed between the probe and a subject's eye and absorbs an ultrasonic beam emitted from the probe.
The sound absorbing material is an opening for allowing the ultrasonic beam emitted from the probe to pass therethrough, and has an opening smaller than the opening area, and the size of the spherical wave irradiation area and the opening of the sound absorbing material. A non-contact ultrasonic tonometer having a spherical wave absorbing portion formed in front of a position having substantially the same size.
請求項1の非接触式超音波眼圧計において、
被検者眼と眼圧計との作動距離を検出する作動距離検出系と、
前記検出系によって検出される作動距離が前記適正作動距離に達したか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact ultrasonic tonometer according to claim 1,
A working distance detection system for detecting the working distance between the subject's eye and the tonometer;
A non-contact ultrasonic tonometer, comprising: a determination unit that determines whether or not the working distance detected by the detection system has reached the proper working distance.
請求項1の非接触式超音波眼圧計において、
前記探触子は、広帯域の周波数成分を有する超音波ビームを送受波する広帯域空気結合超音波探触子であって、前記適正作動距離における超音波ビームの照射エリアが被検者眼の角膜エリアに収まるように、その出射径又は出射面形状が定められていることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The non-contact ultrasonic tonometer according to claim 1,
The probe is a broadband air-coupled ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic beam having a broadband frequency component, and an irradiation area of the ultrasonic beam at the proper working distance is a cornea area of a subject's eye The non-contact type ultrasonic tonometer is characterized in that the emission diameter or the emission surface shape is determined so as to be within the range.
請求項8の超音波眼圧計において、
前記振動子は、照射された超音波ビームが収束されるように、その出射面形状が凹面形状になっている、又はその出射面がフレネルゾーンプレートになっていることを特徴とする非接触式超音波眼圧計。
The ultrasonic tonometer according to claim 8.
The vibrator has a non-contact type whose exit surface has a concave shape or a Fresnel zone plate so that the irradiated ultrasonic beam is converged. Ultrasonic tonometer.
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