CN107072526A - 眼球用光学测量设备 - Google Patents

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武田一隆
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Abstract

一种用于执行眼球(10)的光学测量的装置(1)设置有设置在眼球(10)的内角侧的光发射系统(21)以及光接收系统(23)。光发射系统(21)具有光发射部(25)、用于控制来自光发射部(25)的光的偏振的偏振器(27)以及反射镜(29)，反射镜(29)相对于眼球(10)的深度与偏振器(27)相比更靠里设置，并且反射经偏振控制的光，以使得经偏振控制的光横穿眼球(10)的眼前房(13)。设置在眼球(10)的外角侧的光接收系统(23)接收在不经过用于改变光偏振状态的光反射构件的情况下横穿过眼前房(13)的光，并且检测所接收的光的偏振状态的变化。

Description

眼球用光学测量设备
技术领域
本发明涉及一种眼球用光学测量设备。
背景技术
PTL 1公开了一种葡萄糖浓度测量设备，其包括光源装置、光电检测器、折射率计算单元、存储部和葡萄糖浓度计算单元。这里，眼球被预先设置在预定位置处并且光源装置利用光来照射眼球。光电检测器分别检测由从光源装置发射的光所照射的眼球的角膜与空气之间的边界界面导致的第一后向散射光的强度以及由角膜与眼前房之间的边界界面导致的第二后向散射光的强度。折射率计算单元基于第一和第二后向散射光的强度来获得充满眼前房内部的眼房水的折射率。存储部预先存储眼房水的折射率与眼房水中的葡萄糖浓度之间的对应关系。葡萄糖浓度计算单元基于存储在存储部中的对应关系以及由折射率计算单元获得的眼房水的折射率来获得眼房水中的葡萄糖浓度。
PTL 2公开了一种用于在测量样本内的葡萄糖水平时测量并补偿双折射的非侵入式双折射补偿感测偏振计。该非侵入式双折射补偿感测偏振计包括光学双折射分析器和复合光电系统。这里，光学双折射分析器被配置为实时地感测样本中的双折射的贡献，并且被配置为向复合光电系统供应反馈信号。复合光电系统被配置为接收来自双折射分析器的信号并且被配置为使在样本中找到的贡献无效。
PTL 3公开了一种测量通过浓度未知的旋光性物质以外的旋光性干扰物质表现出来的旋光角范围已知的尿液的旋光角的尿液检查方法。该尿液检查方法确定旋光性物质的浓度C[kg/dl]在(A-Ah)/(α×L)≤C≤(A-Al)/(α×L)的范围内。这里，A指示所测量的尿液的旋光角[deg]，Ah指示通过旋光性干扰物质表现出来的旋光角的最高值[deg]，Al指示通过旋光性干扰物质表现出来的旋光角的最低值[deg]，α指示旋光性物质的比旋光度[deg/cm×dl/kg]，L指示测量光路长度[cm]。
NPL 1公开了激光束在横穿眼前房的方向上透射通过兔子的眼球并且测量葡萄糖浓度。在NPL 1中，反射镜被设置在眼前房的前面和后面。激光束的光路被反射镜折射并且激光束透射通过眼前房。
引用列表
专利文献
[PTL 1]日本专利No.3543923
[PTL 2]JP-T-2007-518990
[PTL 3]JP-A-09-138231
非专利文献
[NPL 1]Georgeanne Purvinis、Brent D.Cameron、Douglas M.Altrogge)，“非侵入式基于偏振测量的葡萄糖监测：体内研究)”，糖尿病科学与技术杂志)，第5卷，第2号，2011年3月，第380至387页
发明内容
发明要解决的技术问题
顺便一提，存在通过以下步骤来执行与眼前房内的眼房水有关的光学测量的情况：发射经受偏振控制的光，使得所发射的光横穿被验者(测量对象)的眼球的眼前房，并且检测横穿过眼前房并且从眼球出射的光的偏振状态的变化。在这种情况下，考虑到由眼球的角膜与空气之间的折射率差异确定的折射方向，需要在相对于眼球与角膜的顶点的位置相比更靠近里侧的位置执行光的照射和接收。
这里，在相对于眼球与角膜的顶点的位置相比更靠近里侧的位置，没有足够的空间来设置全部的光照射部和光接收部。因此，可考虑采用这样的配置，其中使用反射光的光反射构件(例如，反射镜)，使得光反射构件被设置在相对于眼球的里侧，其它构件(例如，光源)被设置在前侧。
然而，当经受偏振控制的光被诸如反射镜的光反射构件反射时，光的偏振状态改变。因此，在旨在仅掌握当光横穿了眼前房时光的偏振状态的变化的情况下，需要考虑上述要点。
例如，在预定偏振状态的光被诸如反射镜的光反射构件反射并且在光照射部一侧发射的情况下，即使光的偏振状态由于光反射构件而改变，只要可掌握入射在光反射构件上的光的角度等，就可掌握被光反射构件反射之后光的偏振状态。因此，即使在光照射部一侧使用诸如反射镜的光反射构件，对测量偏振状态的变化的阻碍减少。
然而，当在光接收部一侧使用诸如反射镜的光反射构件时，导致如下阻碍。即，从眼球发射的光的偏振状态受角膜中固有的双折射(角膜双折射)的影响，并且从眼球发射的光的角度受角膜的形状等的影响。这里，角膜双折射取决于角膜的构成物质和形状，并且由于个体差异、每日变化、细微眼球运动等而变化。另外，角膜的形状也由于个体差异和每日变化而变化。因此，当在光接收部一侧使用诸如反射镜的光反射构件时，偏振状态受角膜双折射影响的光线以各种角度入射在光反射构件上。当入射光线被光接收部一侧的光反射构件反射时，对于入射光线的偏振状态和角度中的每一个，偏振状态进一步改变以彼此不同。
因此，在被光接收部一侧的光反射构件反射的光的偏振状态被检测到的情况下，难以从横穿眼前房的光所导致的偏振状态的变化与光反射构件所导致的偏振状态的变化的复合物仅提取前者。因此，与眼房水有关的光学测量的精度劣化。
本发明的目的在于提供一种眼球用光学测量设备，其中可在相对于眼球与角膜的顶点的位置相比更靠近里侧的位置执行光的照射和接收，并且与在光接收部一侧使用光反射部的配置相比更容易精确地检测由横穿眼前房的光导致的偏振状态的变化。
问题的解决方案
[1]根据本发明的一方面，提供了一种眼球用光学测量设备，包括：光照射部，其包括光源、执行来自所述光源的光的偏振控制的偏振部以及光反射部，所述光反射部与所述偏振部相比更靠近眼球的里侧设置并且反射经受所述偏振部的偏振控制的光，使得所述光横穿眼球的眼前房；以及光接收部，其被设置在眼球的外眦侧，接收在不经过改变光的偏振状态的光反射部的情况下横穿眼前房的光，并且检测所接收的光的偏振状态的变化。
[2]根据[1]的眼球用光学测量设备还可包括：调节部，其能够调节从光照射部中的光反射部朝着眼前房反射的光的方向，使得反射光横穿眼前房并且被光接收部接收；以及角度测量部，其测量经受偏振控制并且入射在光照射部中的光反射部上的光的入射角。所述调节部可调节光照射部中的光反射部相对于光源的角度。
[3]在根据[2]的眼球用光学测量设备中，所述调节部可通过使光照射部中的光反射部绕设置在光反射部中的轴旋转来调节光反射部相对于光源的角度。
[4]在根据[1]的眼球用光学测量设备中，所述光照射部还包括固定光源、偏振部和光反射部之间的位置关系的固定构件。所述固定构件可固定光反射部相对于光源的角度。
[5]根据[4]的眼球用光学测量设备还可包括调节部，该调节部能够通过使光照射部中的固定构件旋转来调节经受偏振控制并且从光照射部中的光反射部反射的光的方向。所述调节部使固定构件绕设置在固定到固定构件的光反射部中的轴旋转。
发明的效果
根据[1]的配置，可提供一种眼球用光学测量设备，其中可在与角膜的顶点的位置相比更靠近眼球的里侧的位置执行光的照射和接收。另外，与在光接收部一侧使用光反射部的配置相比更容易精确地检测由横穿眼前房的光导致的偏振状态的变化。
根据[2]的配置，与不包括测量入射在光反射部上的光的入射角的角度测量部的情况相比，测量旋光度的精度改进。
根据[3]的配置，与光反射部中没有提供轴的情况相比，可限制脸侧附近的光反射部移动。
根据[4]的配置，与通过改变光反射部上的光的入射角而导致的光路的变化的情况相比，限制被光反射部反射的光的偏振状态改变。
根据[5]的配置，与光反射部中没有提供轴的情况相比，可限制脸侧附近的光反射部移动。
附图说明
图1是示出应用第一示例性实施方式的光学测量设备的配置的示例的示图。
图2是从后侧(里侧)看时光学测量设备的透视图。
图3是描述眼球与光学系统中的光路之间的关系的示图。
图4是描述利用光学测量设备测量由眼前房中的眼房水中所包含的旋光性物质导致的振动面的旋转角(旋光度)的方法的示图。
图5示出光发射系统中的反射镜的影响。这里，图5的(a)示出光没有穿过眼前房以横穿眼前房的情况，图5的(b)示出光穿过眼前房以横穿眼前房的情况。
图6示出测量反射镜的角度的方法。图6的(a)示出利用调节部中所包括的步进电机来测量反射镜的角度的方法，图6的(b)示出通过反射镜角度测量部来测量反射镜的角度的方法，该反射镜角度测量部包括朝着反射镜发射束状测量光的光源以及图像拾取装置。
图7示出当反射镜的角度改变时的旋转轴。这里，图7的(a)示出旋转轴与反射镜上的反射点一致的情况，图7的(b)示出旋转轴与反射镜的中心一致的情况，图7的(c)示出旋转轴与反射镜的前后方向上的后侧(里侧)的末端一致的情况。
图8示出在光接收系统中没有使用反射镜的情况以及使用反射镜的情况。这里，图8的(a)示出光接收系统中没有使用反射镜的情况，图8的(b)示出光接收系统中使用反射镜的情况。
图9示出应用第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备的光学系统中的光发射系统。这里，图9的(a)示出光路没有穿过眼前房以横穿眼前房的情况，图9的(b)示出光路穿过眼前房以横穿眼前房的情况。
图10示出应用第三示例性实施方式的眼球用光学测量设备的光学系统中的光发射系统。这里，图10的(a)示出光路没有穿过眼前房以横穿眼前房的情况，图10的(b)示出光路穿过眼前房以横穿眼前房的情况。
具体实施方式
以下，参照附图，将描述本发明的示例性实施方式。在附图中，为了使眼球与光路之间的关系清楚，与其它构件(例如，稍后描述的光学系统)相比眼球被放大比例。
[第一示例性实施方式]
<光学测量设备1>
图1是示出应用第一示例性实施方式的光学测量设备1的配置的示例的示图。图1所示的眼球10为左眼。
光学测量设备1包括：光学系统20，其在与测量对象(被验者)的眼球10的眼前房13(将稍后描述)内的眼房水有关的测量中使用；控制部40，其控制光学系统20；保持部50，其保持光学系统20和控制部40；计算部60，其基于使用光学系统20测量的数据来计算眼房水的特性；以及眼睑压紧部70，其与测量对象的眼睑接触并且压紧眼睑。
在下面的描述中，关于图1所示的光学测量设备1与纸面的上侧和纸面的下侧交叉的方向有时被称作上下方向。另外，与图1所示的测量对象的前侧和测量对象的后侧(里侧)交叉的方向有时被称作前后方向。另外，当从图1所示的光学测量设备1的测量对象看时与内侧(内眦侧，鼻侧)和外侧(外眦侧，耳侧)交叉的方向有时被称作内外方向。
另外，通过应用第一示例性实施方式的光学测量设备1测量的眼房水的特性表示由包含在眼房水中的旋光性物质导致的线偏振光的振动面的旋转角(旋光度αM)、相对于圆偏振光的吸色度(圆二色性)等。线偏振光的振动面表示线偏振光的电场振动的面。
光学系统20包括向眼球10的眼前房13(将稍后描述)发射光的光发射系统21以及接收穿过眼前房13的光的光接收系统23。
首先，作为光照射部的示例的光发射系统21包括光发射部25、偏振器27和反射镜29。
作为光源的示例的光发射部25可以是具有宽波长宽度的光源，例如发光二极管(LED)和灯，或者可以是具有窄波长宽度的光源，例如激光器。或者，光发射部25可包括多个LED、灯或激光器。如下所述，优选的是能够使用多个波长。
例如，作为偏振部的示例的偏振器27是尼克尔棱镜。在入射光线中，偏振器27允许具有预定振动面的线偏振光通过。
作为光反射部的示例的反射镜29反射通过偏振器27的光，使得由虚线指示的光路28被折射。
随后，作为光接收部的示例的光接收系统23包括补偿器31、检偏器33和受光部35。即，在光接收系统23中，不使用用于折射光路28的反射镜。
例如，补偿器31是磁光元件，例如使用石榴石等的法拉第元件。补偿器31响应于磁场使线偏振光的振动面旋转。
检偏器33是与偏振器27相似的构件并且允许具有预定振动面的线偏振光通过。
受光部35是诸如硅二极管的光接收元件并且输出与光的强度对应的输出信号。
控制部40控制光学系统20中的光发射部25、补偿器31、受光部35等，从而获得与眼房水的特性有关的测量数据。
保持部50是保持光学系统20和控制部40的近似圆柱形壳体。图1所示的保持部50呈现出通过沿着与轴方向平行的平面切割圆柱体而实现的形状，使得容易地识别光学系统20。另外，保持部50的形状可为不同的形状。例如，保持部50的横截面可具有四边形或椭圆管形状。保持部50将稍后详细描述。
计算部60从控制部40接收测量数据并且计算眼房水的特性。
眼睑压紧部70被设置在保持部50中并且通过与眼睑接触来压紧眼睑(上眼睑和下眼睑)，从而使眼睑维持在张开状态。眼睑压紧部70包括上眼睑压紧部71和下眼睑压紧部72。
光学测量设备1可不包括眼睑压紧部70。
图2是从后侧(里侧)看时光学测量设备1的透视图。省略了计算部60的例示。
这里，将描述保持部50。
保持部50包括圆柱形主体50A以及支撑部50B、50C、50D和50E。支撑部50B、50C、50D和50E通过在后侧(里侧)固定到主体50A的端部的方式来设置。支撑部50B和50C支撑光发射系统21并且分别支撑上眼睑压紧部71的一个端部和下眼睑压紧部72的一个端部。支撑部50D和50E支撑光接收系统23并且分别支撑上眼睑压紧部71的另一端部和下眼睑压紧部72的另一端部。
支撑光发射系统21的支撑部50B和50C设置有当从光发射系统21发射的光的方向改变时使用的轴O-O’。如下所述，在以轴O-O’为中心的同时，当光发射系统21中的反射镜29或光发射系统21旋转(移动)(其角度改变)时，从光发射系统21发射的光的方向改变。
此外，光学测量设备1包括调节部80，其可通过在以轴O-O’为中心的同时旋转(移动)光发射系统21中的反射镜29或光发射系统21(改变其角度)来调节光的方向。
调节部80可包括电机等以基于控制部40的控制通过使光发射系统21中的反射镜29或光发射系统21旋转来调节光的方向。另外，调节部80可包括诸如可旋转拨号盘的机构，使得测量对象通过手动地旋转光发射系统21中的反射镜29或光发射系统21来调节光的方向。即，调节部80可具有不同的机构，只要该机构可调节光发射系统21中的反射镜29的角度即可。
在光学测量设备1不包括眼睑压紧部70的情况下，支撑部50B和50C被配置为支撑光发射系统21，支撑部50D和50E被配置为支撑光接收系统23。
<眼球10与光学系统20中的光路28之间的关系>
图3是描述眼球10与光学系统30中的光路28之间的关系的示图。图3示出从头侧(上侧)看人(测量对象)时的状态。另外，在该示图中，光学系统20的一部分看起来相对于脸部表面的不平形状被埋入脸部内。实际上，光学系统20被设置在脸部表面上。
随后，参照图3，将描述眼球10与光学系统20的光路28之间的关系。
这里，首先，将描述眼球10的结构。随后，将详细描述眼球10与光学系统20的光路28之间的关系。
如图3所示，眼球10具有大致球形的外形并且中央有玻璃体(glass body)11。起到透镜的作用的晶状体12埋入玻璃体11的一部分中。眼前房13在晶状体12的前侧，角膜14在眼前房13的前侧。眼前房13和角膜14以凸形从球形形状鼓出。
晶状体12的周边部分被虹膜围绕，其中心是瞳孔15。除了与晶状体12接触的部分之外，玻璃体11被视网膜16覆盖。
眼前房13是被角膜14和晶状体12围绕的区域。当从正面看时(参照图1)，眼前房13具有圆形形状。眼前房13充满了眼房水。
随后，将描述眼球10与光学系统20的光路28之间的位置关系。
如图3所示，在光学系统20中，用于测量眼房水的特性的光从光发射部25发射并且沿着光路28向前传播，从而入射在受光部35上。即，从光发射部25发射的光穿过偏振器27。随后，光在横穿眼前房13的方向(与眼睛平行的方向)上被反射镜29折射。光穿过眼前房13以横穿(内外方向)眼前房13。此外，穿过眼前房13的光经由补偿器31和检偏器33入射在受光部35上。
这里，如图3所示，从光发射系统21发射的光在内外方向上按照朝着外侧(外眦侧)的取向并且在前后方向上按照朝着前侧的取向入射在眼前房13上。另外，穿过眼前房13的光在内外方向上按照朝着外侧(外眦侧)的取向并且在前后方向上按照朝着后侧(里侧)的取向入射在光接收系统23上。
即，光发射系统21(反射镜29)被设置为使得由光发射系统21朝着眼前房13发射的光在前后方向上倾斜地朝着前侧传播。即，反射镜29相对于眼球10的暴露部分(眼前房13)与其前侧顶点相比更靠近后侧(里侧)设置。
另外，光接收系统23被设置为接收在前后方向上倾斜地从眼前房13朝着后侧(里侧)传播的光。
出于以下原因而执行这样的设置。即，从光发射部25发射的光穿过角膜14并且入射在眼前房13上。在这种情况下，光由于从眼球10以凸形鼓出的眼前房13和角膜14并且由于空气(折射率：1)与角膜14(折射率：1.37至1.38)之间以及角膜14(折射率：1.37至1.38)与眼房水(折射率：大约1.34)之间的折射率差异而被折射。即，当光入射在角膜14和眼前房13(眼房水)上时光路28朝着后侧(里侧、眼球10侧)折射，并且当光从眼前房13(眼房水)和角膜14发射时光路28进一步朝着后侧(里侧)折射。考虑穿过角膜14和眼前房13并且朝着后侧(里侧)被折射的光来设置光发射系统21和光接收系统23。
另外，在脸部，鼻子(鼻梁)位于眼睛(眼球10)周围，用于设定光学系统20的空间较小。此外，当光偏离眼前房13时，无法执行精确测量。因此，优选的是设定光路28，使得光不偏离眼前房13并且光路28穿过眼前房13以横穿眼前房13。
在所示的光学测量设备1中，光路28被设定为使得光以几乎平行于眼球10的角度入射并且光路28横穿眼前房13。因此，在光发射系统21中，旨在通过设置反射镜29并在内侧(内眦侧)折射光路28来有效地利用空间。
此外，在光接收系统23中，没有设置反射镜并且没有折射光路28。原因在于，由于在外侧(外眦侧)不存在诸如鼻子之类的限制空间的东西，所以可安装长的光接收系统23。
即，在第一示例性实施方式中，光发射系统21被设置在内侧(内眦侧)，光接收系统23被设置在外侧(外眦侧)。
光路28不限于所示的配置，只要光路28被设定为使得从光发射系统21发射的光穿过眼前房13以横穿眼前房13并且被受光部35接收即可。另外，光穿过眼前房13以横穿眼前房13的情形表示光在从正面看眼球10的情况下以与上下方向相比更靠近内外方向的角度(即，在内外方向上相对于水平轴小于±45度的范围)穿过眼前房13，包括光在前后方向上倾斜地穿过眼前房13的情况。
<眼房水的光学测量>
随后，将描述使用光学测量设备1来计算眼前房13中的眼房水的葡萄糖浓度的示例。
(测量眼房水的葡萄糖浓度的背景)
首先，将描述测量眼房水的葡萄糖浓度的背景。
为需要胰岛素治疗的1型糖尿病患者和2型糖尿病患者(测量对象)推荐自我血糖测量。在自我血糖测量中，为了精确地控制血糖，测量对象自己在家中或其它地方测量他/她自己的血糖水平。
在目前市场上的自我血糖测量仪器中，用注射针穿刺指尖等并且采集非常少量的血液，从而测量血液中的葡萄糖浓度。自我血糖测量常常推荐在每餐之后、睡觉之前等执行，并且需要一天执行一次到几次。具体地讲，在强化胰岛素治疗中，需要更多次测量。
因此，由于苦恼于采集血液时(在采血期间)的疼痛，使用穿刺型自我血糖测量仪器的侵入型血糖水平测量方法可能导致测量对象的自我血糖测量的积极性下降。因此，存在难以有效地进行胰岛素治疗的情况。
因此，代替诸如穿刺的侵入型血糖水平测量方法，开发了不需要穿刺的非侵入型血糖水平测量方法。
作为非侵入型血糖水平测量方法，回顾了近红外分光法、光声分光法、使用旋光性的方法等。在这些方法中，从葡萄糖浓度推测血糖水平。
在近红外分光法或光声分光法中，检测手指的血管内的血液中的光学吸收谱或声振动。然而，在血液中，存在诸如红血球和白血球的细胞物质。因此，这些方法极大地受光散射影响。此外，除了血管内的血液之外，这些方法还受周围组织影响。因此，在这些方法中，需要从与诸如蛋白质和氨基酸的众多物质关联的信号检测与葡萄糖浓度有关的信号，并且难以从其中分离信号。
此外，眼前房13中的眼房水基本上与血清成本相同并且包括蛋白质、葡萄糖、抗坏血酸等。然而，眼房水不同于血液并且不包括诸如红血球和白血球的细胞物质，从而较少受光散射影响。因此，眼房水适合于葡萄糖浓度的光学测量。
包含在眼房水中的蛋白质、葡萄糖、抗坏血酸等是旋光性物质并且具有旋光性。
应用第一示例性实施方式的光学测量设备利用旋光性从眼房水对包含葡萄糖的旋光性物质的浓度进行光学测量。
由于眼房水是用于输送葡萄糖的组织液，所以眼房水的葡萄糖浓度被认为与血液中的葡萄糖浓度相关。根据关于使用兔子的测量的报告，从血液向眼房水输送葡萄糖所花费的时间(输送延迟时间)在10分钟内。
(光路的设定)
在对包含在眼房水中的诸如葡萄糖的旋光性物质的浓度进行光学测量的技术中，可如下设定两条光路。
在与图3所示的第一示例性实施方式不同的一条光路中，光以几乎垂直于眼球10的角度(即，沿着前后方向)入射，光被角膜14与眼房水之间的界面或者眼房水与晶状体12之间的界面反射，并且接收(检测)反射光。在与图2所示的第一示例性实施方式中一样的另一条光路中，光以与前后方向交叉的角度(具体地讲，以几乎平行于眼球10的角度)入射，并且接收(检测)穿过眼前房13以横穿眼前房13的光。
在诸如上文前者的光以几乎垂直于眼球10的角度入射的光路中，存在光到达视网膜16的可能性。具体地讲，在光发射部25中使用具有高相干性的激光的情况下，光到达视网膜16是不可取的。
相比之下，在诸如第一示例性实施方式中(即，上文后者)的光以几乎平行于眼球10的角度入射的光路中，光穿过眼前房13以经由角膜14横穿眼前房13，并且接收(检测)穿过眼房水的光。因此，限制光到达视网膜16。
由旋光性物质导致的振动面的旋转角(旋光度)取决于光路长度。随着光路长度延长，旋光度增加。因此，可通过使得光穿过眼前房13以横穿眼前房13来设定长光路长度。
(旋光性物质的浓度的计算)
图4是描述利用光学测量设备1来测量由眼前房13中的眼房水中所包含的旋光性物质导致的振动面的旋转角(旋光度)的方法的示图。这里，为了使描述简单，光路28被配置为不折射并且反射镜29的例示被省略。
另外，在图4所示的光发射部25、偏振器27、眼前房13、补偿器31、检偏器33和受光部35之间的各个空间中，在光的传播方向上看时偏振光的状态分别利用圆圈中的箭头来指示。
光发射部25发射具有随机振动面的光。偏振器27允许具有预定振动面的线偏振光通过。在图4中，作为示例，具有平行于纸面的振动面的线偏振光通过。
穿过偏振器27的线偏振光的振动面由于包含在眼前房13中的眼房水中的旋光性物质而旋转。在图4中，振动面旋转了角度αM(旋光度αM)。
随后，通过补偿器31使由于包含在眼前房13中的眼房水中的旋光性物质而旋转的振动面返回到原始状态。在补偿器31是诸如法拉第元件的磁光元件的情况下，对补偿器31施加磁场并且穿过补偿器31的光的振动面旋转。
穿过检偏器33的线偏振光被受光部35接收并且被转换为与光的强度对应的输出信号。
这里，将描述利用光学系统20来测量旋光度αM的方法的示例。
首先，在从光发射部25发射的光被禁止通过眼前房13的状态下，尽管使用包括光发射部25、偏振器27、补偿器31、检偏器33和受光部35的光学系统20，补偿器31和检偏器33被设定为使得来自受光部35的输出信号被最小化。在图4所示的示例中，在光被禁止通过眼前房13的状态下，穿过偏振器27的线偏振光的振动面变得与穿过检偏器33的振动面正交。
随后，建立光穿过眼前房13的状态。然后，光的振动面由于包含在眼前房13中的眼房水中的旋光性物质而旋转。因此，来自受光部35的输出信号偏离最小值。通过对补偿器31施加磁场来使振动面旋转，使得来自受光部35的输出信号最小化。即，使得从补偿器31发射的光的振动面与穿过检偏器33的振动面正交。
通过补偿器31旋转的振动面的角度对应于由包含在眼房水中的旋光性物质导致的旋光度αM。这里，对补偿器31施加的磁场的大小与旋转的振动面的角度之间的关系预先已知。因此，基于对补偿器31施加的磁场的大小，确定旋光度αM。
具体地讲，具有多个波长λ(波长λ1、λ2、λ3等)的光线从光发射部25入射在眼前房13中的眼房水上，并且针对波长分别获得旋光度αM(旋光度αM1、αM2、αM3等)。波长λ和旋光度αM的集合被代入计算部60中，计算预期旋光性物质的浓度。
由计算部60计算的旋光性物质的浓度可通过包括在光学测量设备1中的显示部(未示出)来显示，或者可经由包括在光学测量设备1中的输出部(未示出)被输出至诸如个人计算机(PC)的不同终端装置(未示出)。
另外，如上所述，眼房水包含多种旋光性物质。因此，所测量的旋光度αM是多种旋光性物质的各个旋光度αM之和。因此，需要从所测量的旋光度αM计算预期旋光性物质(这里，葡萄糖)的浓度。例如，可利用诸如JP-A-09-138231(上面引用的PTL 3)中所公开的已知方法来计算预期旋光性物质的浓度。因此，本文将省略描述。
另外，在图4中，偏振器27的振动面和穿过检偏器33之前的振动面二者平行于纸面。然而，在从光发射部25发射的光被禁止通过眼前房13的状态下，在通过补偿器31使振动面旋转的情况下，穿过检偏器33之前的振动面可倾斜于平行于纸面的平面。即，在光被禁止通过眼前房13中的眼房水的状态下，补偿器31和检偏器33优选被设定为使得来自受光部35的输出信号最小化。
另外，这里，描述使用补偿器31的示例作为获得旋光度αM的方法。然而，可利用补偿器31以外的部分来获得旋光度αM。此外，这里，描述了正交偏振器方法(然而，使用补偿器31)，这是测量振动面的旋转角(旋光度αM)的最基本的测量方法。然而，可应用诸如旋转分析仪方法、法拉第调制方法和光学延迟调制方法的其它测量方法。
<反射镜29对偏振状态的影响>
如上所述，在脸部，鼻子(鼻梁)位于眼睛(眼球10)周围，用于设定光学系统20的空间较小。因此，为了使得光穿过眼前房13以横穿眼前房13，优选的是光发射系统21被设置在内眦(鼻子)侧并且利用反射镜29来折射光路28。优选的是光接收系统23被设置在外侧(外眦侧)并且不使用反射镜。
当通过应用旋光性来测量旋光性物质(例如，葡萄糖)的浓度时，需要如上所述测量旋光度αM。旋光度αM是偏振光的振动面的旋转。因此，当由于眼房水中的旋光性物质(例如，葡萄糖)所导致的旋光性以外的影响，偏振光的振动面旋转或者偏振光的状态(偏振状态)改变时，葡萄糖浓度的测量变得不精确。即，测量的精度降低。
由旋光性物质导致的旋转光以外的使振动面旋转或者改变偏振状态的因素包括光发射系统21中的反射镜29的反射以及由角膜14导致的双折射。
(光发射系统21)
首先，将描述光发射系统21中的反射镜29对偏振状态的影响。
通常，在反射镜的反射中，与入射面平行的分量(P)的反射率以及与入射面垂直的分量(S)的反射率取决于反射镜的折射率和入射角。因此，当偏振光入射在反射镜上时，反射光的偏振状态有时由于入射角而不同于入射光的偏振状态(改变)。例如，在线偏振光入射的情况下，反射光有时在特定入射角下变为线偏振光，反射光有时在不同的入射角下变为椭圆偏振光。
如果反射镜的折射率、入射光的偏振状态(振动面的取向以及线偏振光、椭圆偏振光等的状态)和入射角已知，则可计算出反射光的偏振状态。
图5是描述光发射系统21中的反射镜29的影响的示图。这里，图5的(a)示出光没有穿过眼前房13以横穿眼前房13的情况，图5的(b)示出光穿过眼前房13以横穿眼前房13的情况。
如图5的(a)所示，从光发射部25发射并入射在反射镜29上的入射光28A被反射镜29反射并且朝着眼球10取向。然而，被反射镜29反射的反射光28B没有穿过眼前房13以横穿眼前房13并且朝着后侧(里侧、眼球10侧)取向。
如图5的(b)所示，反射镜29的角度改变，以调节被反射镜29反射的反射光28C使其穿过眼前房13并横穿眼前房13。
在图5的(b)中，在不移动光发射部25的情况下改变反射镜29的角度，并且来自反射镜29的反射光28B改变为反射光28C。在这种情况下，反射光28B和反射光28C的偏振状态可彼此不同。
因此，即使确定了图5的(a)中的反射镜29的反射光28B的偏振状态，由于反射镜29的角度如图5的(b)所示改变，反射光28C的偏振状态也不再确定。因此，即使测量穿过眼前房13以横穿眼前房13的光，也无法精确地计算包含在眼房水中的旋光性物质的旋光度αM。
然而，如果确定了图5的(b)中的反射镜29的角度，则可计算反射光28C的偏振状态。因此，考虑由反射镜29导致的偏振状态的变化，更精确地计算包含在眼房水中的旋光性物质的旋光度αM。
即，在图5的(b)中，需要测量反射镜29的角度。
图6是描述测量反射镜29的角度的方法的示图。图6的(a)示出利用包括在调节部80中的步进电机M来测量反射镜29的角度的方法，图6的(b)示出通过反射镜角度测量部37来测量反射镜29的角度的方法，反射镜角度测量部37包括朝着反射镜29发射束状测量光的光源以及图像拾取装置。
首先，将描述图6的(a)所示的利用步进电机M来测量反射镜29的角度的方法。步进电机M是调节部的示例并且是角度测量部的示例。
步进电机M被配置为包括转子(磁体)以及围绕转子设置的多个线圈。通过预定方法来激励多个线圈，并且步进电机M的转子以微小角度旋转。即，当供应激励线圈的电流时设定步进电M机的旋转角。
以图5的(a)所示的反射镜29的角度作为基准，步进电机M旋转，从而实现图5的(b)所示的反射镜29的角度。在这种情况下，从步进电机M的旋转角测量反射镜29的角度的改变。即，确定反射镜29的角度。因此，可计算出反射镜29的反射光28C的偏振状态。
步进电机M由控制部40来控制。
随后，将描述图6的(b)所示的利用反射镜角度测量部37来测量反射镜29的角度的方法。反射镜角度测量部37是角度测量部的另一示例。
反射镜角度测量部37包括朝着反射镜29发射束状测量光的光源以及图像拾取装置，该图像拾取装置包括接收从反射镜29反射的光的多个光接收单元。
应用图5的(a)所示的反射镜29的角度作为基准。在这种情况下，从光源发射的束状角度测量光被反射镜29的表面反射并且入射在图像拾取装置的多个光接收单元中的任一个上。反射镜29的角度改变，从而实现图5的(b)所示的反射镜29的角度。然后，从光源发射的束状角度测量光被反射镜29的表面反射并且入射在图像拾取装置的多个光接收单元中的不同的任一个上。即，由于接收被反射镜29的表面反射的角度测量光的光接收单元的位置移位(不重合)，测量反射镜29的角度的变化。即，确定反射镜29的角度。因此，可计算出反射镜29的反射光的偏振状态。
朝着反射镜29发射的束状测量光的光源可以是LED或激光器。接收被反射镜29的表面反射的测量光的图像拾取装置可以是CCD或CMOS传感器。
在这种情况下，反射镜29的角度可通过使包括在调节部80中的电机旋转来设定，或者可由测量对象利用包括在调节部80中的拨号盘等来手动地设定(调节)。
反射镜角度测量部37可由控制部40控制。
反射镜29的角度可通过上述使用步进电机M的方法或者使用反射镜角度测量部37的方法以外的方法来测量。
<反射镜29的旋转轴O-O’>
这里，将描述当反射镜29的角度改变时的旋转轴O-O’。当调节部80绕轴O-O’移动反射镜29时，反射镜29的角度改变。这里，这样的情形被表现为反射镜29绕轴O-O’旋转。
图7是描述当反射镜29的角度改变时的旋转轴O-O’(在示图中，指示为O(O’))的示图。这里，图7的(a)示出旋转轴O-O’与反射镜29的反射点R一致的情况，图7的(b)示出旋转轴O-O’与反射镜29的中心一致的情况，图7的(c)示出旋转轴O-O’与反射镜29的前后方向上的后侧(里侧)的末端29A一致的情况。
这里，反射镜29中的光路28的反射点R被示出为靠近反射镜29的前后方向上的后侧(里侧)。在反射镜29包括具有反射面的构件以及在具有反射面的构件的后表面上并支撑具有反射面的构件的构件的情况下，构件作为整体被指示为反射镜29。
如图7的(a)所示，在轴O-O’与反射镜29上的光路28的反射点R一致的情况下，即使反射镜29的角度改变，反射点R没有移动。因此，容易地调节光路28。
如图7的(b)所示，在轴O-O’和反射点R彼此不一致的情况(例如，轴O-O’在反射镜29的中心侧的情况)下，当反射镜29的角度改变时，反射镜29上的光路28的反射点R移动。因此，与轴O-O’与反射点R一致的情况相比，难以调节光路28。随着轴O-O’和反射点R彼此远离，移动量增加。另外，在图7的(b)的情况下，反射镜29的末端29A移动。如图3所示，反射镜29被设置在脸部的眼球10附近。因此，根据反射镜29与脸部的眼球10之间的距离或者轴O-O’与反射点R之间的距离，存在反射镜29的末端29A移动并且反射镜29碰到脸部(眼球10)的可能性。
如图7的(c)所示，在轴O-O’与反射镜29的末端29A一致的情况下，当反射镜29的角度改变时，反射镜29上的在光路28中的反射点R移动。因此，与轴O-O’与反射点R一致的情况相比，难以调节光路28。然而，由于反射镜29的末端29A没有移动，所以反射镜29碰到脸部(眼球10)的可能性降低。
如上所述，当反射镜29旋转的轴O-O’与反射点R一致时，容易地调节光路28。此外，当反射镜29旋转的轴O-O’与反射镜29的前后方向上的后侧(脸侧)的末端29A一致时，限制反射镜29与脸部之间的距离改变。
因此，为了尽可能地禁止反射点R移动，优选将反射镜29旋转的轴O-O’设置在反射镜29的区域中靠近反射点R的位置处，更优选的是轴O-O’与反射点R一致。另外，为了降低反射镜29碰到脸部(眼球10)的可能性，优选将轴O-O’设置在反射镜29的区域中靠近脸侧一侧的区域中，更优选的是将轴O-O’设置在靠近脸侧一侧的端部。
(光接收系统23)
随后，将描述在光接收系统23中不使用反射镜的原因。
图8是描述在光接收系统23中没有使用反射镜的情况以及使用反射镜的情况的示图。这里，图8的(a)示出光接收系统23中没有使用反射镜的情况，图8的(b)示出光接收系统23中使用反射镜39的情况。在光接收系统23中，补偿器31、检偏器33和受光部35的例示被省略。
如图8的(a)所示，在光接收系统23中没有使用反射镜的情况下，横穿眼球10的眼前房13的光穿过角膜14并且入射在没有使用反射镜的光接收系统23上。例如，光入射在图3所示的补偿器31上。在这种情况下，没有接收到由于反射镜的反射导致的偏振状态的改变。
此外，如图8的(b)所示，在光接收系统23中使用反射镜的情况下，横穿眼球10的眼前房13的光穿过角膜14，入射在光接收系统23上，被反射镜29反射，从而入射在补偿器31、检偏器33和受光部35上。因此，入射在补偿器31上的光是偏振状态由于反射镜39的反射而进一步改变的光。
从眼球发射的光的偏振状态受角膜的双折射(角膜双折射)影响。另外，从眼球发射的光的角度受角膜的形状等影响。这里，角膜双折射取决于角膜的构成物质和形状，并且由于个体差异、每日变化、细微眼球运动等而变化。另外，角膜的形状也由于个体差异和每日变化而变化。因此，当在光接收系统23中使用反射镜39时，偏振状态受角膜双折射影响的光线以各种角度入射在反射镜39上。当入射光线被光接收系统23的反射镜39反射时，对于入射光线的偏振状态和角度中的每一个，偏振状态进一步改变以彼此不同。即，受光部35输出横穿眼前房13的光所导致的偏振状态的变化与反射镜39所导致的偏振状态的变化的合成信号。
因此，与光发射系统21的反射镜39相似，即使反射镜29的折射率和入射角已知，也难以从横穿眼前房13的光所导致的偏振状态的变化与反射镜39所导致的偏振状态的变化的合成信号提取前一信号。因此，与眼房水有关的光学测量的精度劣化。
如上所述，在应用了第一示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的配置中，光发射系统21被设置在空间不足的内侧(内眦侧)。通过设置反射镜29来折射光路28。光接收系统23被设置在具有空间的外侧(外眦侧)。不使用(不涉及)反射镜。考虑反射镜29所导致的偏振状态的变化，更精确地计算包含在眼房水中的旋光性物质的旋光度αM。
[第二示例性实施方式]
根据应用了第一示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，在光学系统20的光发射系统21中，光发射部25和偏振器27被固定。通过改变反射镜29的角度来将光路28设定为穿过眼前房13以横穿眼前房13并且入射在光接收系统23上。
根据应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，在光学系统20的光发射系统21中，光发射部25、偏振器27和反射镜29被固定到固定构件38。通过固定构件38来改变光发射系统21整体的角度，并且光路28被设定为穿过眼前房13以横穿眼前房13并且入射在光接收系统23上。
与第一示例性实施方式相似，光接收系统23被配置为不使用(不涉及)反射镜。
在应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1中，光学系统20中的光发射系统21不同于应用了第一示例性实施方式的眼球用光学测量设备1。然而，其它配置相同。因此，在下文中，将描述应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的光学系统20中的光发射系统21。
图9是描述应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的光学系统20中的光发射系统21的示图。这里，图9的(a)示出光路28没有穿过眼前房13以横穿眼前房13的情况，图9的(b)示出光路28穿过眼前房13以横穿眼前房13的情况。
如图9的(a)所示，在光学系统20中的光发射系统21中，光发射部25、偏振器27和反射镜29被固定到固定构件38。反射镜29的角度也通过固定构件38来固定。即，反射镜29的角度无法相对于光发射部25独立地改变。
如图9的(b)所示，包括光发射部25、偏振器27和反射镜29的固定构件38作为整体绕轴O-O’旋转。因此，光路28被设定为穿过眼前房13并横穿眼前房13。
轴O-O’的位置可被设置在与光发射系统21整体在长度方向上的中心相比更靠近光发射部25的一侧。然而，如第一示例性实施方式中所描述的，随着轴O-O’和反射镜29的反射点R彼此远离，在反射镜29旋转的情况下反射镜29碰到脸部(眼球10)的可能性增加。因此，当轴O-O’被设置在与光发射系统21整体在长度方向上的中心相比更靠近反射镜29的一侧时，与设置在更靠近光发射部25的一侧的情况相比，反射镜29碰到脸部(眼球10)的可能性降低。另外，当轴O-O’被设置于光发射系统21整体在长度方向上设置有反射镜29的区域中时，反射镜29碰到脸部(眼球10)的可能性进一步降低。在图9的(a)和(b)中，如第一示例性实施方式中所描述的，轴O-O’穿过反射镜29的反射点R并且靠近脸侧设置。
如上所述，应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的光学系统20中的光发射系统21经由固定构件38相对于轴O-O’一体地旋转。因此，即使光发射系统21旋转，入射在反射镜29上的光的入射角没有改变。因此，从反射镜29反射的光的偏振状态没有改变。
因此，根据不同于应用了第一示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，无需每次反射镜29的角度改变时考虑从反射镜29反射的光的偏振状态。
如上所述，在应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的配置中，光发射系统21被设置在空间不足的内侧(内眦侧)。通过设置反射镜29来折射光路28。光接收系统23被设置在具有空间的外侧(外眦侧)。不使用(不涉及)反射镜。因此，可更精确地计算包含在眼房水中的旋光性物质的旋光度αM。另外，即使光发射系统21旋转，偏振状态也不会由于反射镜29而改变。因此，即使在光发射系统21旋转的情况下，也无需考虑彼此不同的多个偏振状态。
[第三示例性实施方式]
根据应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，光学系统20的光发射系统21绕由支撑部50B和50C支撑的轴O-O’移动，并且光路28被设定为穿过眼前房13以横穿眼前房13并且入射在光接收系统23上。
根据应用了第三示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，代替支撑部50B和50C，使用导轨51。光发射系统21在导轨51上移动，并且光路28被设定为穿过眼前房13以横穿眼前房13并且入射在光接收系统23上。
与第一示例性实施方式相似，光接收系统23被配置为不使用(不涉及)反射镜。
根据应用了第三示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，光学系统20中的光发射系统21不同于应用了第二示例性实施方式的眼球用光学测量设备1。然而，其它配置相同。因此，在下文中，将描述应用了第三示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的光学系统20中的光发射系统21。
图10是描述应用了第三示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的光学系统20中的光发射系统21的示图。这里，图10的(a)示出光路28没有穿过眼前房13以横穿眼前房13的情况，图10的(b)示出光路28穿过眼前房13以横穿眼前房13的情况。
如图10的(a)所示，与第二示例性实施方式相似，除了光发射部25、偏振器27和反射镜29之外，光学系统20中的光发射系统21还包括固定构件38。光发射部25、偏振器27和反射镜29被固定到固定构件38。此外，反射镜29的角度也通过固定构件38固定。即，反射镜29的角度无法相对于光发射部25独立地改变。
光发射系统21被设定为使得光发射部25侧在具有半径D的导轨51上移动。例如，导轨51被固定到保持部50的圆柱形主体50A。以反射镜29上的光路28的反射点R作为中心来设定导轨51的半径D。因此，即使光发射系统21在导轨51上移动，反射点R不移动。
可由测量对象手动地使光发射系统21在导轨51上移动。在这种情况下，导轨51是调节部的另一示例。另外，在由导轨51支撑光发射系统21的部分中可包括电机等。电机的旋转轴和导轨51的表面可彼此接触，并且可通过基于控制部40的控制使电机旋转来移动光发射系统21。在这种情况下，使导轨51移动以及使光发射系统21在导轨51上移动的机构是调节部的另一示例。
因此，不同于应用了第一示例性实施方式的眼球用光学测量设备1，无需每次反射镜29的角度改变时考虑从反射镜29反射的光的偏振状态。
如上所述，在应用了第三示例性实施方式的眼球用光学测量设备1的配置中，光发射系统21被设置在空间不足的内侧(内眦侧)。通过设置反射镜29来折射光路28。光接收系统23被设置在具有空间的外侧(外眦侧)。不使用(不涉及)反射镜。因此，可更精确地计算包含在眼房水中的旋光性物质的旋光度αM。另外，即使光发射系统21旋转，偏振状态也不会由于反射镜29而改变。因此，即使在光发射系统21旋转的情况下，也无需考虑彼此不同的多个偏振状态。
以上描述了各种示例性实施方式。然而，示例性实施方式可组合配置。
另外，本公开不限于上述的任何示例性实施方式，在不脱离本公开的主旨的情况下可按照各种形式来执行。
本申请基于2014年11月26日提交的日本专利申请(No.2014-239091)要求保护，其内容以引用方式并入本文。
标号列表
1...光学测量设备，10...眼球，13...眼前房，14...角膜，20...光学系统，21...光发射系统，23...光接收系统，25...光发射部，27...偏振器，28...光路，29、39...反射镜，31...补偿器，33...检偏器，35...受光部，37...反射镜角度测量部，38...固定构件，40...控制部，50...保持部，70...眼睑压紧部，71...上眼睑压紧部，72...下眼睑压紧部。

Claims (5)

1.一种眼球用光学测量设备，该眼球用光学测量设备包括：
光照射部，该光照射部包括光源、执行来自所述光源的光的偏振控制的偏振部以及光反射部，所述光反射部与所述偏振部相比更靠近眼球的里侧设置并且反射经受所述偏振部的所述偏振控制的光，使得所述光横穿所述眼球的眼前房；以及
光接收部，该光接收部被设置在所述眼球的外眦侧，接收在不经过改变光的偏振状态的光反射部的情况下横穿所述眼前房的光，并且检测所接收的光的偏振状态的变化。
2.根据权利要求1所述的眼球用光学测量设备，该眼球用光学测量设备还包括：
调节部，该调节部能够调节从所述光照射部中的所述光反射部朝着所述眼前房反射的光的方向，使得经反射的光横穿所述眼前房并且被所述光接收部接收；以及
角度测量部，该角度测量部测量经受所述偏振控制并且入射在所述光照射部中的所述光反射部上的光的入射角，其中，
所述调节部调节所述光照射部中的所述光反射部相对于所述光源的角度。
3.根据权利要求2所述的眼球用光学测量设备，其中，
所述调节部通过使所述光照射部中的所述光反射部绕设置在所述光反射部中的轴旋转来调节所述光反射部相对于所述光源的所述角度。
4.根据权利要求1所述的眼球用光学测量设备，其中，
所述光照射部还包括固定所述光源、所述偏振部和所述光反射部之间的位置关系的固定构件，并且
所述固定构件固定所述光反射部相对于所述光源的角度。
5.根据权利要求4所述的眼球用光学测量设备，该眼球用光学测量设备还包括：
调节部，该调节部能够通过使所述光照射部中的所述固定构件旋转来调节经受所述偏振控制并且从所述光照射部中的所述光反射部反射的光的方向，其中，
所述调节部使所述固定构件绕设置在固定到所述固定构件的所述光反射部中的轴旋转。
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