JP2011010976A - 眼寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 眼寸法の測定に必要な干渉信号のＳ／Ｎを向上させ、眼疾患（例えば、白内障眼）を持つ被検者眼であっても、眼寸法を好適に算出できる。
【解決手段】 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受光素子で受光する干渉光学系と、前記受光素子の受光信号に基づいて眼寸法を算出する演算処理部と、を備える眼寸法測定装置において、受光素子からの受光信号からビート成分を抽出するためのバンドパスフィルタと、該フィルタから出力されるビート信号の包絡線信号を得る包絡線検波手段と、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包絡線抽出フィルタと、を備え、演算処理部は、該包絡線抽出フィルタによって抽出された干渉信号に基づいて眼寸法を求める。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光干渉を用いて被検眼の軸方向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）。この場合、光路長の変更に用いられる所定の光学部材（例えば、参照ミラー）を移動させることによってドップラーシフトを発生させ、受光素子から出力される受光信号からビート成分を抽出することにより眼寸法計測が行われる。

なお、従来においては、バンドパスフィルタを用いてビート成分を抽出した後、非線形増幅回路（ログアンプ）を用いてビート信号の包絡線を検出し、その後、ローパスフィルタを用いて非線形増幅回路のリップルを除去した後、その信号に基づいて眼寸法を算出していた。

特表２００２−５３１２０５号公報

しかしながら、従来の処理方法の場合、眼疾患（例えば、白内障眼）等により光干渉による出力が小さいと、非線形増幅回路を通過したノイズ成分による包絡線によって干渉成分の包絡線が埋没してしまうため、干渉信号のＳ／Ｎ比が低くなり、測定不能となる可能性がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、眼寸法の測定に必要な干渉信号のＳ／Ｎを向上させ、眼疾患（例えば、白内障眼）を持つ被検者眼であっても、眼寸法を好適に算出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と、
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算出する演算処理部と、
を備える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ビート成分を抽出するためのバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタから出力されるビート信号の包絡線信号を得る包絡線検波手段と、
前記包絡線検波手段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包絡線抽出フィルタと、を備え、
前記演算処理部は、該包絡線抽出フィルタによって抽出された干渉信号に基づいて眼寸法を求めることを特徴とする。
（２）
（１）の眼寸法測定装置において、前記包絡線抽出フィルタは、ローパスフィルタ、又はバンドパスフィルタを含むことを特徴とする。
（３）
（２）の眼寸法測定装置において、前記包絡線抽出フィルタは、前記測定光源のコヒーレンス長及び前記光学部材の移動速度に基づき理論上算出される干渉信号の包絡線に対応する周波数を基準とする所定の許容幅の帯域を通過させる特性を有することを特徴とする。

本発明によれば、眼寸法の測定に必要な干渉信号のＳ／Ｎを向上させ、眼疾患（例えば、白内障眼）を持つ被検者眼であっても、眼寸法を好適に算出できる。

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。

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ために配置されたコリメータレンズ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、偏光ブームスプリッタ１１と、１／４波長板１３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、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、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。なお、受光素子２１としては、例えば、受光感度の高いアバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。

光源１による角膜と眼底からの反射光は、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移動される。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。駆動部７１は、光源１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（三角プリズム７）を移動させる。

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。

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、光源１、受光素子２１、駆動部７１、位置検出センサ７２、メモリ８５、信号処理部３０、等が接続される。制御部８０は、受光素子２１から出力される受光信号を処理して被検眼の眼寸法（例えば、眼軸長）を得る演算処理部としての役割を有する。また、メモリ８５には、求められた測定値などが記憶される。

ここで、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３０を有する。信号処理部３０には、バンドパスフィルタ３１と、増幅器（アンプ）３３と、非線形増幅器（ログアンプ）３５と、ローパスフィルタ３７と、増幅器（アンプ）３９と、増幅器３９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４１と、が設けられている。なお、上記信号処理部３０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。

バンドパスフィルタ３１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３５は、増幅器３３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。

ローパスフィルタ３７は、非線形増幅器３５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３５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。

上記のような構成を備える装置の動作について説明する。被検者眼と装置とが所定の位置関係に置かれた後、制御部８０によって光源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を移動させ、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、被検眼の眼軸長を算出する。

ここで、プリズム７が移動された状態で、プリズム７を介して角膜に照射された第１測定光の光路長と，プリズム９を介して眼底に照射された第２測定光の光路長と，が一致されたとき、光源１による角膜反射光と眼底反射光との干渉光が受光素子２１に受光される。このとき、干渉光による干渉信号が信号処理部３０を介して受光素子２１から制御部８０へと出力され、眼軸長値が算出される。

以下に、受光素子２１から出力される受光信号を処理して眼軸長値が算出されるまでの一連の流れについて図２及び図４の波形図を用いて説明する。受光素子２１から出力された受光信号がバンドパスフィルタ３１を通過すると、図２（ａ）に示すように、ビート周波数を中心とする所定の周波数成分が抽出される。そして、バンドパスフィルタ３１を通過したビート信号は、増幅器３３によって増幅された後、非線形増幅器３５によって包絡線信号に変換される。

非線形増幅器３５から出力される信号は、図２（ｂ）に示すように、光干渉による包絡線信号Ｅａと、ノイズ成分による包絡線信号Ｅｂと、非線形増幅器３５のリップルによる信号と、が含まれた状態となる。包絡線信号Ｅａは、光源１による角膜反射光と眼底反射光との干渉光が受光素子２１に受光されたときに生じる干渉信号による包絡線信号である。ノイズ成分による包絡線信号Ｅｂは、装置の光学系（例えば、干渉光学系における定常ノイズ）と回路系とで生じたノイズ成分のうち、バンドパスフィルタ３１を通過したノイズ成分による包絡線信号である。なお、この包絡線信号Ｅｂは、眼軸長の計測に必要な包絡線信号Ｅａを埋没させ、Ｓ／Ｎ比を低下させる。

図３はローパスフィルタ３７の通過帯域について説明する図である。すなわち、ローパスフィルタ３７のカットオフ周波数ｆｃは、理論上算出される干渉信号の包絡線に対応する周波数Ｆａを基準とする所定の周波数以下の信号を通過させ、これを超える信号を遮断可能な周波数に設定されている。周波数の関係は、理論上の干渉信号の包絡線周波数Ｆａ（例えば、約８００Ｈｚ）＜カットオフ周波数ｆｃ（１ＫＨｚ）＜＜非線形増幅器３５でのリップル周波数（数十ｋＨｚ）で表すことができる。

理論上の包絡線周波数Ｆａは、以下のようにして求めることができる。すなわち、測定光源のコヒーレンス長をｌｃ、ドップラシフト（ドップラ周波数）を発生させるためのミラーの移動速度Ｍとすると、コヒーレント長ｌｃ分走査するのに必要な時間ｔｃは、ｔｃ＝ｌｃ／Ｍとなる。コヒーレント長ｌｃは半値幅であるため、干渉光による包絡線信号の１周期を２×ｔｃとすると、理論上の包絡線周波数ＦａはＦａ＝１／（２×ｔｃ）により求められる。

なお、ローパスフィルタ３７は、包絡線周波数Ｆａを基準とする所定の許容幅の帯域を通過させる構成となっている。このように、通過帯域にある程度の幅を持たせるのは、実際の装置の場合、干渉信号による包絡線に対応する周波数は、ビート周波数の変動等によってばらつきが生じるからである。なお、ローパスフィルタ３７の通過帯域は、前述のようなバラツキが考慮された上で、実験的に求めることができる（例えば、包絡線周波数Ｆａから約２００Ｈｚを超える周波数がカットオフ周波数に設定される）。

非線形増幅器３５の出力信号がローパスフィルタ３７に入力されると、それ以外の周波数成分が除去される。これにより、図４に示すように、光干渉による包絡線信号Ｅａが抽出され、ノイズ成分による包絡線信号Ｅｂと非線形増幅器３５のリップルによる信号が除去される。

その後、ローパスフィルタ３７の出力信号は、増幅器３９によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器４１によってデジタル信号に変換された後、制御部８０に入力される。その後、制御部８０は、信号処理部３０の出力信号に基づいて眼軸長値を算出する。

その後、制御部８０は、信号処理部３０の出力信号に基づいて眼軸長値を算出する。この場合、被検眼の眼軸長に対応する干渉信号が検出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。また、算出された眼軸長値は、装置に設けられた図示なきモニタ又はプリンタ等に出力できる。この場合、干渉信号が検出されたときの時間Ｔと眼軸長との関係を予め求めておくことによって眼軸長を算出するようにしてもよい。

以上のような構成によれば、眼軸長の算出に用いる干渉信号のＳ／Ｎ比が大きく改善されるため、眼疾患（例えば、白内障眼）等により光干渉による出力が小さくなる場合であっても、好適な眼軸長の算出が可能となる。

なお、以上の説明においては、光干渉による包絡線信号Ｅａをノイズ成分から遮断するためにローパスフィルタ３７を用いたが、バンドパスフィルタであってもよい。この場合、バンドパスフィルタは、包絡線周波数Ｆａを中心周波数とする所定の周波数帯域の信号を通過させ、他の周波数帯域の信号を遮断する。

また、以上の説明においては、非線形増幅器３５によって包絡線を出力するものとしたが、これに限るものではなく、Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号をＤＤＣ（デジタルダイレクトコンバージョン）を用いた包絡線検波によって処理してもよい。

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。

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、サンプルアームと、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。

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。 バンドパスフィルタによってビート信号が抽出されたときの信号波形と、ログアンプによって包絡線信号が抽出されたときの信号波形について説明する図である。 本実施形態に係るローパスフィルタの通過帯域について説明する図である。 ローパスフィルタによって光干渉による包絡線信号が抽出されたときの信号波形について説明する図である。

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
３０ 信号処理部
３１ バンドパスフィルタ
３５ 非線形増幅器
３７ ローパスフィルタ
７１ 駆動部
８０ 制御部（演算処理部）

Claims (3)

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と、
   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算出する演算処理部と、
   を備える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ビート成分を抽出するためのバンドパスフィルタと、
   該バンドパスフィルタから出力されるビート信号の包絡線信号を得る包絡線検波手段と、
   前記包絡線検波手段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包絡線抽出フィルタと、を備え、
   前記演算処理部は、該包絡線抽出フィルタによって抽出された干渉信号に基づいて眼寸法を求め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、前記包絡線抽出フィルタは、ローパスフィルタ、又はバンドパスフィルタを含む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、前記包絡線抽出フィルタは、前記測定光源のコヒーレンス長及び前記光学部材の移動速度に基づき理論上算出される干渉信号の包絡線に対応する周波数を基準とする所定の許容幅の帯域を通過させる特性を有することを特徴とする眼寸法測定装置。

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