JP5426339B2 - 眼寸法測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検眼の所定部位の寸法を測定する眼寸法測定装置に関する。

被検眼に向けて測定光を照射し、その反射光を干渉光として受光素子にて検出することにより、被検眼の軸方向寸法（例えば、眼軸長、前房深度、等）を測定する眼寸法測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００２−５３１２０５号公報

しかしながら、従来の装置の場合、重度の白内障眼に対しては、眼底からの戻り光が少なく干渉信号のＳ／Ｎ比が十分取れないため、測定が困難であった。

本発明は、上記問題点を鑑み、重度の白内障眼に対する測定精度を向上させ、かつ測定をスムーズに行うことができる眼寸法測定装置を提供することを技術課題とする。

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。

（１） 測定光源と、該測定光源から出射された光の一部の光路長を変化させるために所定の光学部材を移動させる駆動部と、受光素子と、を有し、前記測定光源から出射された光を被検眼に照射し、被検眼からの反射光を干渉光として前記受光素子で受光する干渉光学系を備え、前記受光素子から出力される受光信号に基づいて被検者眼の軸方向における眼寸法を測定する眼寸法測定装置において、
第１走査速度にて前記光学部材を移動させて被検者眼の眼寸法を測定する第１測定モードと、前記第１走査速度より遅い第２走査速度にて前記光学部材を移動させて被検者眼の眼寸法を測定する第２測定モードと、の少なくとも２つの測定モードを切り換えるモード切換手段と、
測定時における前記光学部材の走査速度を該モード切換手段による切換信号に応じて変更し、設定された測定モードに対応する走査速度にて前記光学部材が移動されるように前記駆動部の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
（２） （１）の眼寸法測定装置において、前記モード切換手段は、前記第１測定モードにて測定をしたときに前記受光素子から出力された干渉信号のＳ／Ｎ比が所定値以上の場合、測定を終了し、
前記第１測定モードにて測定をしたときに前記受光素子から出力された干渉信号のＳ／Ｎ比が所定値を下回った場合、第１測定モードから第２測定モードへと切り換えるためのモード切換信号を自動的に発することを特徴とする。
（３） （２）の眼寸法測定装置において、前記モード切換手段は、さらに、検者によって操作されるモード切換スイッチから出力される操作信号に基づいてモード切換信号を発することを特徴とする。
（４） （３）の眼寸法測定装置において、前記受光素子から出力される受光信号から前記第１測定モードに対応したビート成分を抽出するための第１バンドパスフィルタと、前記受光素子から出力される受光信号から前記第２測定モードに対応したビート成分を抽出するための第２バンドパスフィルタと、を有し、前記受光信号から抽出する周波数帯域を前記モード切換手段による切換信号に応じて変更し、前記受光信号に基づいて眼寸法を測定する演算処理部を備えることを特徴とする。
（５） （４）の眼寸法測定装置において、前記第１走査速度は、軽度の白内障を測定したときに前記受光素子から出力される干渉信号のＳ／Ｎ比が許容値を満たすような速度に設定され、前記第２走査速度は、重度の白内障眼を測定したときに前記受光素子から出力される干渉信号のＳ／Ｎ比が許容値を満たすような速度に設定されていることを特徴とする。
（６） （５）の眼寸法測定装置において、前記モード切換手段は、測定時における前記光学部材の走査速度が互いに異なる少なくとも３つ以上の測定モードを切換可能であることを特徴とする。

本発明によれば、重度の白内障眼に対する測定精度を向上させ、かつ測定をスムーズに行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る眼寸法測定装置の光学系の概略構成図である。なお、以下の実施形態では、本発明を眼軸長測定装置に適用した場合について説明する。

被検眼角膜と被検眼眼底に測定光を照射するために配置された照射光学系１０は、低コヒーレント光を出射する測定光源１（例えば、ＳＬＤ）と、測定光源１から出射された光束を平行光束とするコリメータレンズ３と、光源１から出射された光を分割するビームスプリッター（以下、ビームスプリッタ）５と、ビームスプリッタ５の透過方向に配置された第１三角プリズム（コーナーキューブ）７と、ビームスプリッタ５の反射方向に配置された第２三角プリズム９と、偏光ビームスプリッタ１１と、１／４波長板１３と、検査窓１７と、を有する。

光源１から出射された光（直線偏光）は、コリメータレンズ３によってコリメートされた後、ビームスプリッタ５によって第１測定光（参照光）と第２測定光とに分割される。そして、分割された光は、三角プリズム７（第１測定光）及び三角プリズム９（第２測定光）によって反射されて各々折り返された後、ビームスプリッタ５によって合成される。そして、合成された光は、偏光ビームスプリッタ１１によって反射され、１／４波長板１３によって円偏光に変換された後、ダイクロイックミラー１５及び検査窓１７を介して少なくとも被検眼角膜と眼底に照射される。このとき、測定光束は、被検者眼の角膜と眼底にて反射されると、１／２波長分位相が変換される。

照射光学系１０によって照射された測定光による角膜反射光と眼底反射光による干渉光を受光するために配置された受光光学系２０は、検査窓１７と、１／４波長板１３と、偏光ビームスプリッタ１１と、集光レンズ１９と、受光素子２１と、を有する。

角膜反射光及び眼底反射光は、検査窓１７及びダイクロイックミラー１５を介して、１／４波長板１３によって直線偏光に変換される。その後、偏光ビームスプリッタ１１を透過した反射光は、集光レンズ１９によって集光された後、受光素子２１によって受光される。

なお、三角プリズム７は、光路長を変更させるための光路長変更部材として用いられ、駆動部７１（例えば、モータ）の駆動によってビームスプリッタ５に対して光軸方向に直線的に移動される。なお、測定時におけるプリズム７の走査速度（移動速度）は、後述する測定モードの切換によって測定毎に変更される。この場合、光路長変更部材は、三角ミラーであってもよい。また、プリズム７の駆動位置は、位置検出センサ７２（例えば、ポテンショメータ、エンコーダ、等）によって検出される。

なお、以上の説明において、光路長変更部材は、光路分割部材によって分割される測定光路のいずれかに配置され、分割された測定光路間の光路差が調整されるように移動されればよい。具体的には、光路長変更部材及び光路分割部材は、図１のように照射光学系１０の光路中に配置される他、受光光学系２０の光路、又は照射光学系１０と受光光学系２０の共通光路に配置された構成であってもよい。

ダイクロイックミラー１５の反射方向には、被検眼の前眼部を撮像するために配置された前眼部撮像光学系３０が設けられている。撮像光学系３０は、光源１から出射された光を透過し前眼部照明光源４０から出射された光を反射する特性を有するダイクロイックミラー１５、対物レンズ３１、全反射ミラー３３、結像レンズ３５、二次元撮像素子３７、を有する。ここで、照明光源４０によって赤外照明された前眼部像は、検査窓１７、ダイクロイックミラー１５、対物レンズ３１、全反射ミラー３３、結像レンズ３５を介して、二次元撮像素子３７に結像される。

次に、本実施形態に係る装置の制御系について説明する。制御部８０は、表示モニタ８１、光源１、受光素子２１、駆動部７１、位置検出センサ７２、コントロール部８４、メモリ８５、信号処理部５０等が接続される。制御部８０は、受光素子２１から出力される干渉信号を用いて被検眼の眼寸法を演算により求める。また、メモリ８５には、求められた測定値などが記憶される。また、コントロール部８４には、測定開始のトリガ信号を発する測定開始スイッチ８４ａ、等の各種スイッチが設けられている。

また、本実施形態では、軽度の白内障眼を想定した第１走査速度Ｖ１にてプリズム７を移動させて眼軸長を測定する第１測定モードと、重度の白内障眼を想定した第２走査速度Ｖ２にてプリズム７を移動させて眼軸長を測定する第２測定モードと、が用意されている。なお、第１走査速度Ｖ１と第２走査速度Ｖ２の関係は、Ｖ１＞Ｖ２である。

そして、自動又は手動にてモード切換信号が発せられると、制御部８０は、測定時におけるプリズム７の走査速度をモード切換信号に応じて変更し、設定された測定モードに対応する走査速度にてプリズム７が移動されるように駆動部７１の駆動を制御する。

なお、第２測定モードは、第１測定モードでは許容できるＳ／Ｎ比が得られないような眼を測定するために設けられている。なお、軽度の白内障と重度の白内障は、通常、白内障の進行度によって区別されるが、以下の説明では、第１測定モードで測定したときにＳ／Ｎ比がある許容値を超えるか否かによって区別される。

また、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）は、干渉信号に対するノイズ(雑音)の量であり、対数で表される。Ｓ／Ｎ比は、数値が大きいほど雑音が少なく高品質の信号が得られることを意味しているため、本実施例においてもＳ／Ｎ比が大きいほど干渉信号の感度がよいことを示している。

制御部８０は、受光素子２１から出力される受光信号を処理するための信号処理部５０を有する。信号処理部５０には、回路切換部５１、測定モードに応じて切り換えられる第１バンドパスフィルタ５２と第２バンドパスフィルタ５３、増幅器（アンプ）５４、非線形増幅器（ログアンプ）５５、ローパスフィルタ５６、増幅器（アンプ）５７、増幅器５７から出力される受光信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器５８と、が設けられている。なお、上記信号処理部５０に設けられた各構成は、各種電気回路（例えば、ＦＰＧＡ）によって形成可能である。

回路切換部５１は、２つのバンドパスフィルタの接続切換を行う。第１バンドパスフィルタ５２、第２バンドパスフィルタ５３は、受光素子２１から出力される信号からビート成分を抽出するための構成であり、ビート周波数を基準とする所定帯域の信号を通過させ、他の周波数成分を除去する。プリズム７の移動速度をＶ、光源１の中心波長をλｃとすると、ビート周波数νｄは、νｄ＝２Ｖ／λｃとして表される。非線形増幅器５５は、増幅器５４によって増幅されたビート信号の包絡線を取得するための構成（包絡線検波回路）である。なお、プリズム７の移動速度が切り換えられると、ビート信号の周波数帯域は変化する。そこで、フィルタ５２は、第１走査速度Ｖ１でプリズム７が移動されるときに生じるビート成分を抽出するように設定され、フィルタ５３は、第２走査速度Ｖ２でプリズム７が移動されるときに生じるビート成分を抽出するように設定されている。そして、制御部７０は、受光信号から抽出する干渉信号の周波数帯域をモード切換信号に応じて変更する。

ローパスフィルタ５６は、非線形増幅器５５からの出力信号から干渉光成分を抽出するための構成であり、非線形増幅器５５によって取得された包絡線信号のうち、干渉信号による包絡線に対応する所定の周波数成分の信号を通過させ、これを超える周波数成分の信号を遮断する。

以上のような構成を備える装置を用いて、被験者眼の眼軸長を測定する場合について説明する。検者は、モニタ８１に表示される被験者眼のアライメント状態を見ながら、図示なきジョイスティック等の操作手段を用いて、装置を上下左右及び前後方向に移動させ、装置を被験者眼Ｅに対して所定の位置関係に置く。この場合、検者は、図示無き固視標を被験者眼に固視させる。

図２は本実施形態に係る装置の動作について説明するフローチャートである。初期段階においては、第１測定モードに設定されている。この場合、回路切換部５１により第１バンドパスフィルタ５２が用いられる。

測定開始のトリガ信号が自動又は手動にて出力され、制御部８０によって測定光源１が点灯されると、照射光学系１０によって測定光が被検眼に照射されると共に、測定光による被検眼からの反射光が受光光学系２０の受光素子２１に入射される。

また、制御部８０は、駆動部７１の駆動を制御し、第１三角プリズム７を第１走査速度Ｖ１にて往復移動させる。そして、制御部８０は、受光素子２１によって干渉光が検出されたタイミングを元に、眼軸長を算出する。

第１走査速度Ｖ１は、正常眼及び軽度の白内障を測定したときに受光素子２１から出力される干渉信号のＳ／Ｎ比が所定の許容値を満たすような速度に設定されている。そして、その速度は、所定の計算式、実験等により算出され、例えば、所定の測定可能範囲に対応する移動可能範囲（Ｐ１〜Ｐ２）をプリズム７が約０．５ｓで移動できる程度の速度に設定される。

往復移動させる場合、制御部８０は、第１三角プリズム７が第１の方向（Ａ方向）に移動されたときに受光素子２１から出力される第１の干渉信号を取得すると共に、第１の方向とは反対の第２の方向（Ｂ方向）に第１三角プリズム７が移動されたときに受光素子２１から出力される第２の干渉信号を取得し、第１の干渉信号と第２の干渉信号の各干渉信号に基づいて被検眼の眼軸長を各々測定する。

上記のように受光素子２１から干渉信号が出力されるときのプリズム７の移動位置は、被検眼の眼軸長に応じて異なる。そして、干渉信号が出力されたときのプリズム７の移動位置は、位置検出センサ７２から出力される信号に基づいて検出可能である。したがって、眼軸長値は、例えば、所定の演算式又はテーブル表等を用いてプリズム７の移動位置と被検眼の眼軸長との関係を予め求めておくことにより算出できる。

制御部８０は、プリズム７がＡ方向に移動されているときに受光素子２１から出力される第１の干渉信号を取得し、第１の干渉信号が取得されたときのプリズム７の移動位置に基づいて第１の測定結果を得る。プリズム７がＢ方向に移動されているときに受光素子２１から出力される第２の干渉信号を取得し、第２の干渉信号が取得されたときのプリズム７の移動位置に基づいて第２の測定結果を得る。これにより、プリズム７が１回往復移動される間に、被検者眼の眼軸長を２回測定できる。したがって、スムーズな連続測定が可能となる。

取得された被験者眼の眼軸長の情報は、メモリ８５に記憶される。また、制御部８０は、所定回数の測定が完了したら（又は被検者の眼軸長値が所定数得られたら）、プリズム７の往復移動を終了し、プリズム７の移動位置を初期位置に復帰させる。

上記のようにして第１測定モードでの測定が終了したら、制御部８０により干渉信号のＳ／Ｎ比が所定値以上であるか否か判定される。そして、Ｓ／Ｎ比が所定値以上であった場合、制御部８０は、第１の測定モードによる測定結果をモニタ８１に表示させ、測定を終了する。

一方、Ｓ／Ｎ比が所定値を下回った場合、制御部８０は、モード切換信号を自動的に発し、第１測定モードから第２測定モードに切り換え、眼軸長の再測定を行う。ここで、制御部８０は、回路切換部５１に切換信号を送り、第２走査速度Ｖ２に対応する第２バンドバスフィルタを用いる。なお、第１測定モードによる測定結果、Ｓ／Ｎ比等をモニタ８１に表示しても構わない。

そして、測定開始のトリガ信号が自動又は手動にて発せられると、制御部８０は、駆動部７１の駆動を制御して、第１三角プリズム７を第２走査速度Ｖ２にて移動させる（往復移動でもよい）。そして、制御部８０は、受光素子２１によって干渉光が検出されたタイミングを元に、眼軸長を算出する。

第２走査速度は、重度の白内障眼を測定したときに受光素子２１から出力される干渉信号のＳ／Ｎ比が所定の許容値を満たすように、第１の走査速度より遅い速度に設定される。この場合、被検眼の固視の安定が持続できる時間内（約３秒以内）において、所定の移動可能範囲（Ｐ１からＰ２まで）をプリズム７が少なくとも１回走査できる程度の速度を確保しておくのが好ましい。そして、第２測定モードでの測定結果が得られたら、制御部８０は、再測定の結果をモニタ８１上に表示する。

以下に、光路長変更部材の走査速度とＳ／Ｎ比の関係について具体的に説明する。ここで、第１測定モードにおける第１走査速度をＶ１ｍ/ｓとする。また、第２測定モードにおける第２走査速度をＶ２ｍ/ｓとする。そして、Ｓ／Ｎ比と走査速度の関係は、下記の数式（１）、数式（２）であらわされる。

ηは受光効率（光学系・受光素子含む）、Ｐsampleは物体光側の受光光量、Ｅvは光のエネルギー、ＢＷは信号検出に用いる周波数帯域幅、νは走査速度、λ₀は光源の中心波長、Δλはスペクトル幅を示している。例えば、λ₀＝８３０ｎｍ、Δλ＝８ｎｍとすれば、走査速度は、約１０ｍｍ／ｓから４００ｍｍ／ｓの間で設定されるのが好ましい。

この場合、νが小さくなるに伴って、ＢＷが小さくなり、Ｓ／Ｎ比は、大きくなる。すなわち、プリズム７の走査速度を遅くすると、νが小さくなるため、Ｓ／Ｎ比は、大きくなり、それに伴って、干渉信号の感度が上昇する。すなわち、第１走査速度より遅い第２走査速度Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）にて測定を行うことにより、測定時間は長くなるが、第１走査速度Ｖ１にて測定を行うよりも高いＳ／Ｎ比が得られる。したがって、重度の白内障眼のように測定光の多くが眼内で遮光されてしまい、干渉光の光量レベルが少なくなっても、ある程度許容できるＳ／Ｎ比が確保できる。

以上のような構成とすれば、重度の白内障眼のような測定難易度の高い被検眼に対しては、第２の走査速度Ｖ２にて測定することで、干渉信号の感度が高まり、許容できる測定精度が得られる。また、正常眼又は軽度の白内障眼に対しては、初期設定である第１測定モードで測定すればよいので、第１走査速度Ｖ１にてスムーズな測定が可能となる。

なお、本実施例においては、自動的にモード切換が行われたが、検者によって操作されるモード切換スイッチを設け、検者がＳ／Ｎ比の確認を行い、モード切換スイッチからの操作信号に基づいて測定モードが切り換えられるような構成としてもよい。

なお、上記構成においては、信号処理部３０のようなハードウェア（回路構成）を用いたが、これに限るものではなく、ソフトウェアによる演算処理を用いて同様の処理が行われるようにしてもよい。例えば、制御部８０は、受光素子２１から出力される受光信号Ｉ（ｔ）をフーリエ解析し、周波数スペクトルＩ（ｆ）を取得する。そして、取得された周波数スペクトルＩ（ｆ）を用いてビート周波数νｄを検出する。そして、制御部８０は、検出されたビート周波数νｄに基づいて、ソフトウェアにて構築されたバンドパスフィルタによって抽出する周波数帯域を変更する。これにより、受光素子２１から出力された受光信号Ｉ（ｔ）において、ビート周波数Ｖｄを中心とする周波数帯域における受光信号が干渉信号として抽出される。その後、制御部８０は、抽出された干渉信号を用いて眼軸長を測定する。この場合、第１測定モードに対応したビート信号を抽出する第１バンドパスフィルタと、第２測定モードに対応したビート信号を抽出する第２バンドパスフィルタと、がソフトウェアにより形成される。

なお、上記構成において、正常眼の患者は、第１走査速度モードよりも走査速度を速くして測定をしても、所定値以上のＳ／Ｎ比が得られる可能性がある。そのため、第２走査速度モードだけでなく、プリズム７の走査速度を第１走査速度より速くした第３の測定モードを設けてもよい。この場合、それに対応するバンドパスフィルタが設けられる。このようにすれば、正常眼については、より短時間で測定を終了することが可能となるため、患者の負担を軽減することができる。この場合、第１測定モードは、軽度の白内障に対応したモードとなる。
なお、本実施例においては、測定モードの切換によって走査速度を２段階で切り換えられるものとしたが、これに限らず、さらに３つ以上の測定モードが設定できるようにしてもよい。例えば、検者が所定の範囲内で任意に走査速度を入力できるような構成を設け、入力された走査速度にて測定を行えるような構成し、検者がより細やかな調整を行うことができるようにしてもよい。

また、上記説明においては、角膜反射光と眼底反射光を干渉させる構成としたが、これに限るものではない。すなわち、光源から出射された光を分割するビームスプリッタ（光分割部材）と、物体光路を形成するサンプルアームと、参照光路を形成するレファレンスアームと、干渉光を受光するための受光素子と、を有し、サンプルアームを介して被検眼に照射された測定光とレファレンスアームからの参照光とによる干渉光を受光素子により受光する光干渉光学系を備える眼寸法測定装置であっても、本発明の適用は可能である。この場合、サンプルアーム及びレファレンスアームの少なくともいずれかに光路長変更部材が配置される。

また、上記構成においては、プリズム９を直線的に移動させることにより参照光の光路長を変化させるものとしたが、これに限るものではなく、回転反射体の移動による光遅延機構により参照光の光路長を変化させる構成であっても、本発明の適用は可能である（例えば、特開２００５−１６０６９４号公報参照）。この場合、上記第１測定モード及び第２測定モードに合わせて回転反射体の移動速度が変更される。

本実施形態に係る眼寸法測定装置の光学系及び制御系の概略構成図である。 本実施形態に係る装置の動作について説明するフローチャートである。

１ 測定光源
５ ビームスプリッタ
７ 三角プリズム（光路長変更部材）
１０ 照射光学系
２０ 受光光学系
２１ 受光素子
５１ 回路切換部
５２ 第１バンドパスフィルタ
５３ 第２バンドパスフィルタ
５４ 増幅器
５５ 非線形増幅器
５６ ローパスフィルタ
５７ 増幅器
５８ Ａ／Ｄ変換器
７１ 駆動部
８０ 制御部

Claims (6)

1. 測定光源と、該測定光源から出射された光の一部の光路長を変化させるために所定の光学部材を移動させる駆動部と、受光素子と、を有し、前記測定光源から出射された光を被検眼に照射し、被検眼からの反射光を干渉光として前記受光素子で受光する干渉光学系を備え、前記受光素子から出力される受光信号に基づいて被検者眼の軸方向における眼寸法を測定する眼寸法測定装置において、
   第１走査速度にて前記光学部材を移動させて被検者眼の眼寸法を測定する第１測定モードと、前記第１走査速度より遅い第２走査速度にて前記光学部材を移動させて被検者眼の眼寸法を測定する第２測定モードと、の少なくとも２つの測定モードを切り換えるモード切換手段と、
   測定時における前記光学部材の走査速度を該モード切換手段による切換信号に応じて変更し、設定された測定モードに対応する走査速度にて前記光学部材が移動されるように前記駆動部の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする眼寸法測定装置。
2. 請求項１の眼寸法測定装置において、
   前記モード切換手段は、前記第１測定モードにて測定をしたときに前記受光素子から出力された干渉信号のＳ／Ｎ比が所定値以上の場合、測定を終了し、
   前記第１測定モードにて測定をしたときに前記受光素子から出力された干渉信号のＳ／Ｎ比が所定値を下回った場合、第１測定モードから第２測定モードへと切り換えるためのモード切換信号を自動的に発することを特徴とする眼寸法測定装置。
3. 請求項２の眼寸法測定装置において、
   前記モード切換手段は、さらに、検者によって操作されるモード切換スイッチから出力される操作信号に基づいてモード切換信号を発することを特徴とする眼寸法測定装置。
4. 請求項３の眼寸法測定装置において、
   前記受光素子から出力される受光信号から前記第１測定モードに対応したビート成分を抽出するための第１バンドパスフィルタと、前記受光素子から出力される受光信号から前記第２測定モードに対応したビート成分を抽出するための第２バンドパスフィルタと、を有し、前記受光信号から抽出する周波数帯域を前記モード切換手段による切換信号に応じて変更し、前記受光信号に基づいて眼寸法を測定する演算処理部を備えることを特徴とする眼寸法測定装置。
5. 請求項４の眼寸法測定装置において、前記第１走査速度は、軽度の白内障を測定したときに前記受光素子から出力される干渉信号のＳ／Ｎ比が許容値を満たすような速度に設定され、前記第２走査速度は、重度の白内障眼を測定したときに前記受光素子から出力される干渉信号のＳ／Ｎ比が許容値を満たすような速度に設定されていることを特徴とする眼寸法測定装置。
6. 請求項５の眼寸法測定装置において、
   前記モード切換手段は、測定時における前記光学部材の走査速度が互いに異なる少なくとも３つ以上の測定モードを切換可能であることを特徴とする眼寸法測定装置。

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