JP2007010589A - 物体測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スペクトル干渉を用いて被検物体の諸情報を取得する装置において、簡単な構成で精度よく被検物体の諸情報を取得可能な物体測定装置を提供する。
【解決手段】 低コヒーレント長の光束を出射する光源を有し，光源から出射した光束を被検物体と参照面とに向けて出射し，被検物体からの反射光と参照面からの反射光とを合成して干渉させる干渉光学系と、干渉光学系にて得られた干渉光を周波数成分に分光する分光手段と，分光手段により周波数成分に分光された各光束を時系列的に分ける時分割手段と，時分割手段に分けられた各光束を受光する単一の受光素子とを有するスペクトロメータ部と、スペクトロメータ部による受光信号に基づいて演算により被検物体の深さ方向の情報を取得する演算制御部と、を備える。
【選択図】 図７

Description

本発明はスペクトル干渉を用いて被検物体の諸情報を取得する物体測定装置に関する。

従来、スペクトル干渉を用いて被検物体の諸情報を取得する装置が知られている。このような装置においては、被検物体に向けて近赤外域の低コヒーレント長の測定光（計測光）を照射し、その反射光を参照光と合成させて干渉させた後、回折格子等を用いて干渉光を各周波数成分に分光し、分けられた光束を一次元の受光素子に受光させ、その受光信号を解析することにより、被検物体の深さ方向の諸情報を得る装置が知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−３２５８４９号公報

しかしながら、前述したような装置においては受光手段として一次元受光素子を用いているが、このような一次元の受光素子は近赤外の感度があまり良くない。したがって近赤外域での透過率の低い被検物体の諸情報を精度よく取得したい場合においては、このような一次元の受光素子を用いることは不利となる場合がある。
本発明は、スペクトル干渉を用いて被検物体の諸情報を取得する装置において、簡単な構成で精度よく被検物体の諸情報を取得可能な物体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） 低コヒーレント長の光束を出射する光源を有し，該光源から出射した前記光束を被検物体と参照面とに向けて出射し，前記被検物体からの反射光と前記参照面からの反射光とを合成して干渉させる干渉光学系と、該干渉光学系にて得られた干渉光を周波数成分に分光する分光手段と，該分光手段により周波数成分に分光された各光束を時系列的に分ける時分割手段と，該時分割手段に分けられた前記各光束を受光する単一の受光素子とを有するスペクトロメータ部と、該スペクトロメータ部による受光信号に基づいて演算により被検物体の深さ方向の情報を取得する演算制御部と、を備えることを特徴とする。
（２） （１）の物体測定装置において、前記時分割手段は可動ミラーであり、該可動ミラーの反射面の回転角度の変化に応じて前記周波数成分に分光された各光束を前記受光素子に時分割で受光させることを特徴とする。
（３） （１）〜（２）の物体測定装置において、前記干渉光学系は被検物体として被検眼の角膜に向けて前記光源から測定光を照射させるための角膜照射光学系と、前記被検眼の眼底に向けて前記光源から参照光を照射させるための眼底照射光学系と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で精度よく被検物体の諸情報を取得することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態で用いる眼科装置の光学系の概略構成を示す図である。図１に示す光学系は、眼底照射光学系、屈折力測定光学系、角膜照射光学系、干渉信号検出光学系、参照光光学系、視標投影光学系、観察光学系を有する。なお、本実施形態の眼科装置は、被検眼に対して装置を所定の関係に位置させるためのアライメント光学系も有しているが、従来、他覚的眼屈折力装置等に用いられている既知のアライメント光学系と同様の光学系を用いればよいため、その説明は割愛する。

＜眼底照射光学系＞
図１に示す眼底照射光学系１００は、光源側から順に、光源１、コリメーターレンズ２、ハーフミラー３、集光レンズ４、リレーレンズ５、絞り６、ホールミラー７、ハーフミラー８、対物レンズ９、ハーフミラー１０にて構成されている。５１は眼底照射光学系１００の光路に挿脱可能に設置され、光路の遮断、開放を行うための遮蔽板である。遮蔽板５１は、図２に示す駆動手段６６により光路に挿脱される。なお、本実施形態では、遮蔽板５１はハーフミラー３と集光レンズ４との間の光路に挿脱されるものとしているが、これに限るものではない。後述する他の光学系の共通光路とならない場所であればよい。

光源１は、ＳＬＤ（Super luminescent Diode）等の低コヒーレント長の赤外光を発する光源である。光源１から出射された低コヒーレント光は、コリメーターレンズ２にて平行光束とされた後、ハーフミラー３を透過する。ハーフミラー３を透過した光束は、集光レンズ４により光軸Ｌ１上に中間像（集光点Ａ）を形成した後、リレーレンズ５、ホールミラーの開口部を通過して、一旦集光し、ハーフミラー８、対物レンズ９、ハーフミラー１０を経て、被検眼Ｅの眼底に集光する。

＜屈折力測定光学系＞
図１に示す屈折力測定光学系２００は、被検眼Ｅの前方からハーフミラー１０、対物レンズ９、ハーフミラー８、ホールミラー７、リレーレンズ１１、ミラー１２、絞り１３、コリメータレンズ１４、ハーフミラー１５、リングレンズ１６、赤外域に感度を有する受光素子１７にて構成されている。なお、眼底照射光学系１００とは、ホールミラー７からハーフミラー１０までを共有する。
眼底照射光学系１００によって被検眼Ｅの眼底に集光された光束の反射光（参照光）は、ハーフミラー１０、対物レンズ９、ハーフミラー８を経て、ホールミラー７にて反射する。なお、ホールミラー７は、被検眼Ｅにおける眼底反射光を反射し、不要な角膜反射光は開口部を通過させるようになっている。

ホールミラー７にて反射した眼底反射光は、リレーレンズ１１を経た後、ミラー１２にて折り曲げられた後、絞り１３の位置にて一旦集光（集光点Ｂ）する。その後、反射光はコリメーターレンズ１４によって平行光束とされた後、ハーフミラー１５にて反射光の一部が反射し、リングレンズ１６を経て、２次元受光素子１７に受光される。

なお、測定光投光光学系１００の集光レンズ４による集光点Ａと、コリメータレンズ１４の前側焦点位置である絞り１３位置の集光点Ｂは、対物レンズ９及びリレーレンズ５，１１を介して被検眼Ｅの眼底と共役になっている。また、図１に示す集光レンズ４、絞り１３、コリメーターレンズ１４、ハーフミラー１５、リングレンズ１６、受光素子１７は、駆動可能なステージ１８上に設置されており、ステージ１８は、図２に示す駆動手段６３によって光軸方向に移動可能となっている。

また、リングレンズ１６は、コリメーターレンズ１４の後ろ側焦点位置に置かれ、駆動手段１９によるステージ１８の移動位置によらず被検眼Ｅの瞳と共役な関係が保たれている。さらに受光素子１７は、リングレンズ１６の焦点位置にあり、被検眼Ｅの眼底と共役な関係が成り立っている。なお、リングレンズ１６は、平板上に円筒レンズをリング状に形成したものであり、リング部以外は遮光のためのコーティングが施されている。このリングレンズ１６に平行光束が入射すると、焦点位置（受光素子１７の受光面）には、リングレンズ１６と略同じサイズのリング像が集光する。

＜角膜照射光学系＞
図１に示す角膜照射光学系３００は、光源側から、光源１、コリメーターレンズ２、ハーフミラー３、ミラー１９、ハーフミラー２０、集光レンズ２１、ミラー２２、ハーフミラー８、対物レンズ９、ハーフミラー１０にて構成されている。なお、眼底照射光学系１００とは、光源１からハーフミラー３までと、ハーフミラー８からハーフミラー１０までを共有する。

光源１から出射した低コヒーレント光は、コリメーターレンズ２を通過した後、ハーフミラー３にて一部の光束が反射し、光軸Ｌ２上に配置されているミラー１９に向かう。ミラー１９にて反射した光束は、ハーフミラー２０を透過した後、集光レンズ２１により、光軸Ｌ２上に一旦集光する。光軸Ｌ２上にて集光した光束は、ミラー２２により反射した後、ハーフミラー８にて反射することにより、光軸Ｌ１と同軸とされ、対物レンズ９、ハーフミラー１０を経て、被検眼Ｅの角膜付近に集光する。

＜干渉信号検出光学系＞
図１に示す干渉信号検出光学系４００は、被検眼Ｅの眼底からの反射光（参照光）を受光するための光学系と被検眼Ｅの角膜からの反射光（測定光）を受光するための光学系とから構成される。
眼底からの反射光を受光する光学系は、被検眼Ｅの前方からハーフミラー１０、対物レンズ９、ハーフミラー８、ホールミラー７、リレーレンズ１１、ミラー１２、絞り１３、コリメータレンズ１４、ハーフミラー１５、ハーフミラー２６、ミラー２７、集光レンズ２８、エキスパンダレンズ２９、グレーティングミラー（回折格子）３０、集光レンズ３１、円柱レンズ３２、受光素子３３にて構成されている。受光素子３３は、赤外域に感度を有する一次元素子（ラインセンサ）を用いている。なお、屈折力測定光学系２００とは、ハーフミラー１０からハーフミラー１５までを共有する。

眼底照射光学系１００によって被検眼Ｅの眼底に集光された光束の反射光は、前述したように、屈折力測定光学系２００各種光学部材を経た後、ハーフミラー１５によって、一部の反射光が透過する。ハーフミラー１５を透過した反射光は、さらに光軸Ｌ３上に配置されるハーフミラー２６を経てミラー２７にて反射し、集光レンズ２８経て一旦集光する。集光レンズ２８にて集光した反射光は、エキスパンダレンズ２９にて光束径を広げられた後、グレーティングミラー３０にて周波数成分に分光される。周波数成分に分光された反射光は、集光レンズ３１、円柱レンズ３２を経て、受光素子３３の受光面に集光する。なお、エキスパンダレンズ２９通過後の光束径、グレーティングミラーの格子間隔および入射角、集光レンズ２８、受光素子３３は、被検眼光軸方向の測定範囲と分解能を考慮して最適化されている。

また、被検眼Ｅの角膜からの反射光を受光するための光学系は、被検眼Ｅの前方からハーフミラー１０、対物レンズ９、ハーフミラー８、ミラー２２、集光レンズ２１、ハーフミラー２０、プリズム２３、ミラー２４，２５、ハーフミラー２６、ミラー２７、集光レンズ２８、エキスパンダレンズ２９、グレーティングミラー３０、集光レンズ３１、円柱レンズ３２、受光素子３３にて構成されている。なお、プリズム２３は、図２に示す駆動手段５４により、図示する矢印方向に移動可能となっており、参照光が通る光路長を変更することができるようになっている。

角膜からの反射光は、ハーフミラー１０、対物レンズ９を経た後、ハーフミラー８にてその一部が反射される。ハーフミラー８にて反射した反射光は、ミラー２２、集光レンズ２１を経た後、ハーフミラー２０により反射され、プリズム２３に向かう。プリズム２３にて折り返された反射光は、ミラー２４，２５を経てハーフミラー２６に向かう。ハーフミラー２６にて反射した反射光は、前述した眼底からの反射光と同軸とされ、合成される。合成後は、眼底からの反射光と同じようにミラー２７、集光レンズ２８、エキスパンダレンズ２９を経た後、グレーティングミラー３０により周波数成分に分光され、円柱レンズ３２を経て受光素子３３に集光する。なお、グレーティングミラー３０、集光レンズ３１、円柱レンズ３２、受光素子３３にて、スペクトロメータ部を形成する。また、受光素子３３の受光面は、被検眼Ｅの眼底と角膜とに共役な関係となっている。円柱レンズ３２は受光素子３３の幅方向に光束径を広げる役目を果たし、受光素子３３の設置誤差によらず、光束を受光面に受光させるために用いる。

＜参照光光学系＞
図１に示す参照光光学系は、光源１、コリメーターレンズ２、ハーフミラー３、ミラー１９、ハーフミラー２０、ミラー３４，３５、参照面となる参照ミラー３６からなる。なお、参照ミラー３６（参照面）から干渉信号検出光学系４００の受光素子３３までの光路長は、角膜照射光学系２００における角膜集光位置から干渉信号検出光学系４００を通って受光素子３３まで至る光路長と略一致するように設計されている。言い換えれば、本実施形態の光学系では、角膜集光位置から角膜照射光学系におけるハーフミラー２０までの光路長と、参照ミラー３６からハーフミラー２０までの光路長とが略一致している。５２は参照光光学系の光路に挿脱可能に設置され、光路の遮断、開放を行うための遮蔽板である。遮蔽板５２は図２に示す駆動手段６７により、光路に挿脱される。なお、本実施形態では、遮蔽板５２はハーフミラー２０とミラー３４との間の光路に挿脱されるものとしているが、これに限るものではない。他の光学系の共通光路とならない場所であればよい。

光源１から出射した低コヒーレント光は、コリメーターレンズ２を通過した後、ハーフミラー３にて一部の光束が反射し、光軸Ｌ２上に配置されているミラー１９に向かう。ミラー１９にて反射した光束は、さらにハーフミラー２０にて反射後、ミラー３４，３５を経て参照ミラー３６に到達する。参照ミラー３６に到達した低コヒーレント光は、参照面にて折り返され、ミラー３５、３４を経て、ハーフミラー２０を透過する。ハーフミラー２０を透過した反射光（参照光）は、角膜反射光と合成された状態で、プリズム２３に向かうこととなる。プリズム２３にて折り返された参照光は、干渉信号検出光学系４００のミラー２４〜円柱レンズ３２を経て、受光素子３３に受光されることとなる。

＜視標投影光学系・観察光学系＞
図１に示す視標投影光学系は、可視光を照射するＬＥＤ等の光源３７、所定の視標が形成された視標板３８、リレーレンズ３９、ハーフミラー４０、対物レンズ４１、ハーフミラー１０からなる。光源３７から出射された可視光の光束は、視標板３８を背面から照明する。視標板３８を通過した光束は、リレーレンズ３９、ハーフミラー４０、対物レンズ４１、ハーフミラー１０を経て、被検眼Ｅの眼底に結像する。なお、本装置が被検眼Ｅに対して所定の位置関係になるようにアライメントされたとき、視標板３８と被検眼Ｅの眼底とは共役な関係となる。また、光源３７と視標板３８は、図２に示す駆動手段６５によって光軸方向に移動可能となっており、被検眼の固視や、視標板の位置を変更させて眼屈折力測定時に被検眼に雲霧をかけたり、調節負荷を与える。
また、観察光学系は、被検眼前方から、ハーフミラー１０、対物レンズ４１、ハーフミラー４０、結像レンズ４２、赤外域に感度を有する受光素子４３から構成される。なお、被検眼Ｅの瞳位置と受光素子４３とは共役な位置関係となっている。なお、４４は被検眼を照明するための赤外ＬＥＤである。

図２は本実施形態で用いる眼科測定装置における制御系を示したブロック図である。
６０は本実施形態の装置の駆動制御を行う制御部である。制御部６０には、受光素子１７，受光素子３３，受光素子４３、モニタ６１、演算処理部６２、駆動手段６３〜６７、記憶部６８、コントロール部６９等が接続される。なお、駆動手段６３〜６７はパルスモータ等を用いており、各駆動手段による駆動量を検出できるようになっている。また、演算処理部６２は、受光素子や駆動手段等によって得られた情報を基に、被検眼Ｅの屈折力や眼軸長等の生体情報を演算により求めたり、被検眼の断面画像を形成するために用いられる。記憶部６８には求められた測定値が記憶される。また、コントロール部６９には、測定開始のスイッチや測定モードの切換スイッチ等の各種の操作スイッチが用意される。

以上のような、構成を備える装置について、その動作を説明する。なお、以下では被検眼の眼軸長を測定する場合と、被検眼の前眼部情報とを取得する場合とに分けて説明する。
＜眼軸長測定＞
検者は、コントロール部６９の図示無き切り換えスイッチを用いて眼軸長測定モードに設定する。制御部６０は、眼軸長測定モードに設定するための信号を受けると、駆動手段６６，６７を駆動させ、遮蔽板５０を光路から外すとともに、遮蔽板５１を光路上に挿入し、図１に示す光学系の配置状態とする。
検者は、図２に示すモニタ６１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、装置を被検眼Ｅに対して所定の位置関係に置く。なお、本実施形態では、受光素子４３の受光面と被検眼Ｅの瞳位置とが共役な関係になるようにしている。検者は図１に示す視標投影光学系にて投影される視標を被検者に固視させるとともに、コントロール部６９の図示なき測定開始スイッチを使用して、被検眼Ｅの眼軸長を求める。

測定スイッチが押されると、制御部６０は、駆動手段６５を駆動させて、光源３７及び視標板３８を光軸方向に移動させ、雲霧がかかる状態とし、被検眼Ｅの調節をなくすようにする。また、制御部６０は、光源１から低コヒーレント光を出射させる。光源１から出射した低コヒーレント光は、図１に示すハーフミラー３により２方向に分けられた後、前述した眼底照射光学系１００及び角膜照明光学系３００を経て、被検眼Ｅの眼底及び角膜に各々集光する。被検眼Ｅの眼底に集光した光束の反射光は、図１に示す屈折力測定光学系２００に導光され、最終的に受光素子１７に受光される。

図３は眼底からの反射光が、リングレンズ１６を経て受光素子１７に受光される状態を示した概略図である。例えば、被検眼Ｅが正視眼の場合、コリメータレンズ１４を通った反射光は、図３（ａ）に示すような平行光束となってリングレンズ１６を透過する。このときリングレンズ１６を経て受光素子１７に受光されるリング像Ｒ1は、リングレンズ１６と略同じサイズとなる。また、被検眼Ｅが近視眼の場合には、コリメータレンズ１４を通った反射光は、図３（ｂ）に示すような収束光となってリングレンズ１６を透過する。このとき、リングレンズ１６を経て受光素子１７に受光されるリング像Ｒ2は、図３（ａ）に示したリング像Ｒ１よりも太くなるとともに、小さな径となる。また、被検眼Ｅが遠視眼の場合には、コリメータレンズ１４を通った反射光は、図３（ｃ）に示すような収束光となってリングレンズ１６を透過する。このとき、リングレンズ１６を経て受光素子１７に受光されるリング像Ｒ３は、図３（ａ）に示したリング像Ｒ1よりも太くなるとともに、大きな径となる。

演算処理部６２は、被検眼が正視眼であるときの受光状態と、実際に受光素子１７によって検出された受光状態との変化量に基づいて演算処理を行い、被検眼Ｅの屈折力を求める。また、演算処理部６２は、算出した屈折力値または受光素子１７の受光状態から、眼底に向けて投光する測定光が、被検眼Ｅの眼底において最も集光（ベストフォーカス）するためのステージ１８の位置を算出する。演算処理部６２は、算出したベストフォーカスとなるステージ１８の位置情報を制御部６０に送る。制御部６０は受け取った位置情報を基に駆動手段６３を駆動してステージ１８を移動させ、被検眼Ｅに対する屈折力補正を行う。このように被検眼Ｅに対する屈折力補正を行うことにより、屈折力に応じた前記測定光の眼底における集光状態を補正することができ、Ｓ／Ｎ比の良い干渉信号が得られることとなる。

なお、本実施の形態では受光素子１７に受光されたリング像の受光状態に基づいて被検眼Ｅの屈折力を求めるものとしているが、これに限るものではなく、眼底に測定光を集光させるための、ベストフォーカス位置とされるステージ１８の位置と、そのときのリング像の受光状態とを考慮して、被検眼Ｅの屈折力を求めるようにすることもできる。また、受光素子１７に受光されるリング像の受光状態の情報は、ベストフォーカスを得るためのステージ１８の位置情報を算出するのに用いておき、被検眼の屈折力はステージ１８の基準位置からの移動量に基づいて求めることもできる。得られた被検眼Ｅの屈折力値は、記憶部６８に記憶されるとともに、モニタ６１に表示される。

ステージ１８の移動によって被検眼Ｅの屈折力補正が行われることにより、測定光は被検眼Ｅの眼底に効率よく集光することとなる。眼底からの反射光（本形態では参照光として扱う）は、図１に示した干渉信号検出光学系４００によって最終的に受光素子３３に集光される。また、角膜照射光学系により角膜近傍に集光した光束の反射光（本形態では測定光として扱う）も、干渉信号検出光学系４００に導光され、眼底からの反射光と合成された後、最終的に受光素子３３に集光される。なお、前述したように、眼底反射光と角膜反射光とが合成された光束は、グレーティングミラー３０により、周波数成分に分光され、集光レンズ３１、円柱レンズ３２を経て受光素子３３に集光することとなる。受光素子３３は、周波数成分に分光された反射光を受光し、周波数成分毎の干渉強度を出力する。演算処理部５２は、受光素子３３によって得られる干渉強度をモニタする。

一方、制御部６０は、駆動手段６４を用いて図１に示すプリズム２３を実線で示す基準位置（ここでは角膜照射光学系の光路が最も短くなる位置）から移動させ、角膜反射光が通る光学系の光路長を変化させていく。なお、本実施形態では眼軸長測定の間、プリズム２３を一秒間に数回〜十数回程度往復運動をさせるものとしているが、これに限るものではなく、往復運動をさせず単にプリズム２３を一方向に動かすのみでも良い。

本実施形態で用いる測定光及び参照光は、低コヒーレント光を用いているため、測定光の光路長と参照光の光路長が等しくなったときに、測定光と参照光との合成にて得られる干渉光の信号強度が最も強くなることとなる。なお、受光素子３３に受光される測定光には、角膜表面の反射光以外にも、角膜裏面や水晶体前後面等の位相物体からの反射光も含まれる。したがって、受光素子３３が受光する干渉信号は、これらと眼底反射光（参照光）との干渉が周波数の関数として受光されることとなる。

演算処理部６２は、受光素子３３から出力される検出信号をフーリエ変換を用いて解析する。干渉光には被検眼Ｅにおける各位相物体（例えば、角膜前後面、水晶体前後面、網膜等）からの反射光を含んでいるため、検出信号をフーリエ変換することによって、眼底を参照面とみなした被検眼Ｅにおける各位相物体の深さ情報を得ることができる。演算処理部６２は演算によって求められたプリズム２３の位置を基準とした角膜前面の位置情報とプリズム２３の基準位置からの移動量（または駆動手段５４の駆動量）とから被検眼Ｅの眼軸長を求める。なお、プリズム２３の基準位置（初期位置）は、予め眼軸長が既知とされている模型眼等を用いてキャリブレーションされることにより、所定の眼軸長とプリズム２３の基準位置との対応付けがなされている。

求められた眼軸長の情報は、記憶部６８に記憶されるとともに、モニタ６１に表示される。なお、本実施形態では角膜反射光の光路に置かれたプリズムを移動させることにより、測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなるように測定光の光路長を変化させるものとしているが、これに限るものではなく、眼底反射光（参照光）の光路長を変化させる光学系を設計することもできる。

また、さらに正確に眼軸長を求めたい場合には、図１に示す光学系において、コリメータレンズ１４と集光レンズ２７の間であって被検眼Ｅの瞳と共役な位置、あるいは対物レンズ９とホールミラー７の間における被検眼Ｅの瞳とほぼ共役な位置に複数のシリンダレンズの組み合わせからなる乱視補正用光学部材を配置すればよい。この乱視補正用光学部材は、例えば、２枚のシリンダレンズの組み合わせからなるストークスのクロス円柱等を用いることができる。被検眼Ｅが乱視を有している場合、リングレンズ１６を経て受光素子１７に受光されるリング像は楕円形状となるため、演算処理部６２を用いて、このリング像の受光状態を解析することにより、乱視度数及び乱視軸角度を求めることができる。求めた被検眼Ｅの乱視度数及び乱視軸角度を基に、被検眼Ｅの乱視成分を打ち消すように前述した乱視補正用光学部材を配置する。このような構成により、被検眼が乱視成分を持っていても眼底からの反射光は、さらに効率よく受光素子３３に集光し、測定の精度を高めることが可能となる。
＜前眼部測定＞
次に被検眼の前眼部の生体情報を求める例を以下に説明する。
検者は、コントロール部６９の図示無き切り換えスイッチを用いて前眼部測定モードに設定する。制御部６０は、前眼部測定モードに設定するための信号を受けると、駆動手段６６，６７を駆動させ、遮蔽板５０を光路上に挿入するとともに、遮蔽板５１を光路上から退避させ、図４に示す光学系の配置状態とする。

検者は、図２に示すモニタ６１を見ながら、前述したように装置を被検眼Ｅに対して所定の位置関係に置いた後、コントロール部６９の図示なき測定開始スイッチを使用して、被検眼Ｅの前眼部測定を行う。
測定スイッチが押されると、制御部６０は、光源１から低コヒーレント光を出射させる。光源１から出射した低コヒーレント光は、ハーフミラー３によって反射された後、図４に示すように、ハーフミラー２０によって２方向に分けられる。ハーフミラー２０を透過した光束は、角膜照射光学系３００を経て、被検眼Ｅの角膜に各々集光する。ハーフミラー２０を反射した光束は、参照光光学系に導光される。

被検眼Ｅの角膜近傍に集光した光束の反射光は、前述したように角膜照射光学系３００を逆行する形で干渉信号検出光学系４００に導光され、最終的に受光素子３３に集光される。一方、参照光光学系に向かう光束（参照光）は、参照ミラー３６により折り返され、ハーフミラー２０により角膜反射光と合成された状態で干渉信号検出光学系４００に導光され、最終的に受光素子３３に集光される。なお、前述したように、角膜集光位置から角膜照射光学系におけるハーフミラー２０までの光路長と、参照ミラー３６からハーフミラー２０までの光路長とが略一致しているため、角膜反射光と参照光とは干渉することとなる。角膜反射光と参照光とが合成された光束は、グレーティングミラー３０により、周波数成分に分光され、集光レンズ３１、円柱レンズ３２を経て受光素子３３に集光する。受光素子３３は、周波数成分に分光された反射光を受光し、周波数成分毎の干渉強度を出力する。演算処理部５２は、受光素子３３によって得られる干渉強度をモニタする。なお、前眼部測定モードにおいては、角膜反射光と参照光とを合成させた状態でプリズム２３に入射する構成となっているため、プリズム２３がどのような位置に置かれていてもよい。

演算処理部６２は、受光素子３３から出力される検出信号をフーリエ変換を用いて解析する。干渉光には被検眼Ｅの前眼部周辺の位相物体（例えば、角膜前後面、水晶体前後面等）からの反射光を含んでいるため、検出信号をフーリエ変換することによって、被検眼Ｅにおける角膜、水晶体等の各位相物体の深さ情報を得ることができる。演算処理部６２はこれらの深さ情報を基に被検眼の前房深度、水晶体厚、角膜厚等の前眼部の生体情報（ここでは寸法情報）を求める。求められた前眼部の生体情報は、記憶部６８に記憶されるとともに、モニタ６１に表示される。

前眼部の測定を行う際に、眼底反射光を参照光として利用すると、眼底における種々の位相物体の影響により反射率分布が生じやすく、精度高い測定結果が得られない可能性がある。このため本実施形態では、前眼部測定を行う際には、前述したように装置内部に設けられた参照光光学系を用いて参照光を得ることとし、測定精度を高めるものとしている。
なお、本実施の形態では、測定光を角膜に集光させるものとしているが、これに限るものではなく、被検眼内の位相物体（角膜、水晶体等）からの反射光が各周波数成分に分光された状態で受光素子に受光されればよく、例えば、測定光の集光位置を被検眼Ｅの瞳位置等の角膜近傍位置とすることもできる。

また、本実施形態では測定光と参照光との合成光を各周波数成分に分光するための分光手段としてグレーティングミラー（回折格子）を用いるものとしているが、これに限るものではなく、プリズムや音響光学素子等の他の分光手段を用いることもできる。
さらに、本実施形態では被検眼の屈折力を求めるために受光素子上にリング像を形成するものとしているが、これに限るものではない。例えば眼底からの反射光を光学部材を介して数個の点に分けて受光素子に集光させ、その受光像の受光状態に基づいて屈折力を求める等、干渉を用いず受光面に形成される受光像の位置変化や形状変化等の受光像の変化状態を検出することによって屈折力を求める構成であればよい。

以上説明したように、本実施形態の眼科装置では、眼軸長や前眼部の寸法情報等の生体内寸法を得ることができるものとしているが、さらに被検眼に向けて照射する光束を走査する走査手段を設け、得られる検出信号をスペクトル干渉の原理に基づいて解析することにより、被検眼の前眼部像を得ることもできる。

図５は第２の実施形態として、図１の光学系に対して、被検眼に向けて照射する光束を走査する走査手段を設けた例を示した図である。なお、図１と同機能を有するものには同符号を付し、その説明は省略する。

図５において、７０は被検眼に向けて照射する光束を走査するための走査手段となるガルバノミラーであり、所定の方向（本実施形態では被検眼に対して光束を上下方向に走査する方向）に回転駆動可能となっている。また、ガルバノミラー７０の反射面は、対物レンズ９の焦点位置に配置されており、ミラーの回転角が光束の前眼部への入射高さに比例するとともに、駆動によって光路長が変化しないようになっている。なお、第２の実施形態における眼科装置を駆動制御するための制御系の構成は、ガルバノミラー７０の駆動制御以外は、図２に示した制御系のブロック図と同様であるため、その説明は割愛する。なお、前眼部像を取得する際の光学配置は、遮蔽板５０は光路上に挿入され、遮蔽板５１は光路から退避した状態（図４に示す状態）とされている。

図５に示す光源１から出射された低コヒーレント光は、角膜照射光学系３００内を通り被検眼の角膜近傍に集光する。一方、角膜照射光学系３００を通る低コヒーレント光のうち、ハーフミラー２０にて反射した光束は、参照ミラー３６に向かうこととなる。被検眼Ｅの角膜反射光（前眼部の位相物体からの反射光）と、参照ミラー３６を折り返した参照光との合成光は、干渉信号検出光学系４００のグレーティングミラー３０によって周波数成分に分光された状態で、受光素子３３に集光する。受光素子３３から出力される検出信号を、演算処理部６２にてフーリエ変換することによって、被検眼Ｅにおける角膜、水晶体等の各位相物体の深さ情報を得ることができる。

なお、角膜照射光学系３００を通る光束は、ガルバノミラー７０によって逐次被検眼Ｅに対して所定方向に走査されている。このため、受光素子３３から出力される検出信号は、光束の走査によって得られる眼内の位相物体からの各反射光の情報を含むこととなる。演算処理部６２は、検出信号をフーリエ変換することによって得られた眼内における位相物体の深さ方向の情報を蓄積加算することによって、走査によって光切断された被検眼の前眼部断面像を求めることができる。得られた前眼部断面像は、図６に示すようにモニタ６１に表示される。なお、前眼部の寸法情報もモニタ６１に表示される。
また、以上の実施形態では、スペクトロメータ部の受光部に一次元の受光素子（ラインセンサ）を用いているが、これに限るものではない。以下に第３の実施形態として、スペクトロメータ部の受光素子に単一の受光素子を用いた例を図７に示し、説明する。なお、図７に示す光学系は、図１に対してスペクトロメータ部以外の部分は同じであるため、ここではスペクトロメータ部についてのみ説明する。

図示するように、スペクトロメータ部は、偏光ビームスプリッタ８０、１/４波長板８１、グレーティングミラー８２、レンズ群８３、ポリゴンミラー８４、集光レンズ８５、受光素子８６にて構成されている。偏光ビームスプリッタ８０はＳ波を反射し、Ｐ波を透過する特性を有する。
レンズ群８３は複数のレンズからなり、グレーティングミラー８２とポリゴンミラー８４との間に置かれ、グレーティングミラー８２を経て平行光で入射する各周波数成分の光束を屈折後も平行光束としつつ、各周波数成分の光束の主光線が一点で交わるように設計されている。また、ポリゴンミラー８４は、その回転軸が前述した各周波数成分の光束の主光線が交わる点に一致した状態で配置されている。また、受光素子はフォトダイオードやＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等、の単一の受光素子を用いている。このような受光素子８６は、図１にて示した一次元の受光素子に比べ、赤外域において受光感度が非常に高いものである。

測定光と参照光とが合成された干渉光は、図７に示すように、集光レンズ２８経て一旦集光する。集光レンズ２８にて集光した干渉光は、エキスパンダレンズ２９にて光束径を広げられた後、偏光ビームスプリッタ８０によりＰ波の光のみが透過する。変更ビームスプリッタ８０を透過した干渉光は、１／４波長板８１を透過した後、グレーティングミラー８２にて周波数成分に分光される。グレーティングミラー８２にて周波数成分に分光された各光束は、レンズ群８３を介してポリゴンミラー８４の反射面にて反射する。ポリゴンミラー８４は所定の速度で回転しており、その反射面の角度によって特定の周波数の光束のみが進んできた光路内を逆行する。光路内を逆行する光束は、レンズ群８３、グレーティングミラー８２を経た後、１／４波長板を透過しＳ波の光束となって偏光ビームスプリッタ８０により反射される。偏光ビームスプリッタ８０を反射した光束は、集光レンズ８５によって受光素子８６の受光面に時系列的に各々集光することとなる。このようにポリゴンミラー８４を連続的に回転させた場合、受光素子８６には周波数毎（波長毎）の干渉信号が時間の関数として連続的に得られることとなる。図示せぬ演算処理部は、受光素子８６から出力される検出信号をフーリエ変換を用いて解析し、被検眼Ｅにおける各位相物体の深さ情報を得る。このように、単一の受光素子を用いることにより、受光感度を高めることができ、生体情報を精度よく得ることができる。

以上、第３の実施形態では、周波数毎に分けられた光を時系列的に受光素子に受光させる手段としてポリゴンミラーを用いたが、これに限るものではなく、ポリゴンミラーに代えてガルバノミラー等の可動ミラーや、周波数毎に分けられた光を時分割にて受光素子に順次受光させることができる手段であればよい。
また、本実施形態ではポリゴンミラーにて反射された光束を偏光ビームスプリッタにて受光素子側に反射させるものとしているが、これに限るものではなく、ポリゴンミラーにて反射された光が、被検眼、参照ミラー、光源等に再度入射するのを防ぐための構成を有していればよい。例えば、図７に示す光学配置において、偏光ビームスプリッタ８０の代わりにハーフミラーを置き、偏光ビームスプリッタを同光路上の測定の邪魔とならない任意の場所に設置することもできる。

以上のように、本実施形態の眼科装置によれば、１台にて被検眼の種々の生体情報を効率よく取得できる。なお、前述した眼軸長測定では、被検眼の眼底を参照光、角膜反射光を測定光（物体光）として干渉させ、スペクトル干渉の原理にて解析を行うことにより、装置に対して被検眼の位置が多少ずれても、参照光と物体光の両方ともが同程度変化するため、アライメントずれやフォーカスずれに強いという利点がある。また、前眼部の生体情報を取得する際には、装置内部にて参照光を形成して角膜反射光と干渉させるため、ノイズ成分を極力抑えることができ、精度よく被検眼の前眼部寸法や断面像を得ることが可能となる。また、第３の実施形態におけるスペクトロメータ部の構成は、眼科装置に限らず、被検物体の深さ方向の情報を得る他の測定装置にも適用可能であることは言うまでもない。

本実施形態の眼科装置の光学系を示した図である。 本実施形態の眼科装置の制御系を示したブロック図である。 リングレンズを透過した測定光の集光状態を示した図である。 前眼部情報を取得する際の光学系の配置状態を示した図である。 第２の実施形態における光学系を示した図である。 モニタに表示された被検眼前眼部像を示した図である。 単一の受光素子を用いたスペクトロメータ部を有した光学系を示した図である。

符号の説明

１ 光源
４ 集光レンズ
７ ホールミラー
９ 対物レンズ
１４ コリメータレンズ
２３ プリズム
３０ グレーティングミラー
３１ 集光レンズ
３３ 受光素子
３６ 参照ミラー
５０ 遮蔽板
５１ 遮蔽板
６０ 制御部
６１ モニタ
６２ 演算処理部
８０ 偏光ビームスプリッタ
８１ １／４波長板
８２ グレーティングミラー
８３ レンズ群
８４ ポリゴンミラー
８５ 集光レンズ
８６ 受光素子

Claims (3)

1. 低コヒーレント長の光束を出射する光源を有し，該光源から出射した前記光束を被検物体と参照面とに向けて出射し，前記被検物体からの反射光と前記参照面からの反射光とを合成して干渉させる干渉光学系と、該干渉光学系にて得られた干渉光を周波数成分に分光する分光手段と，該分光手段により周波数成分に分光された各光束を時系列的に分ける時分割手段と，該時分割手段に分けられた前記各光束を受光する単一の受光素子とを有するスペクトロメータ部と、該スペクトロメータ部による受光信号に基づいて演算により被検物体の深さ方向の情報を取得する演算制御部と、を備えることを特徴とする物体測定装置
2. 請求項１の物体測定装置において、前記時分割手段は可動ミラーであり、該可動ミラーの反射面の回転角度の変化に応じて前記周波数成分に分光された各光束を前記受光素子に時分割で受光させることを特徴とする物体測定装置。
3. 請求項１〜２の物体測定装置において、前記干渉光学系は被検物体として被検眼の角膜に向けて前記光源から測定光を照射させるための角膜照射光学系と、前記被検眼の眼底に向けて前記光源から参照光を照射させるための眼底照射光学系と、を有することを特徴とする物体測定装置。