JP2018068838A - Optical measurement device of eyeball - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、眼球の光計測装置に関する。 The present invention relates to an optical measurement device for an eyeball.
特許文献1には、レーザー光を投光する手段と、投光部と同軸上に配置された受光部と、この光軸と所定の距離離れて光軸に平行に配置された鏡とからなり、この鏡がそのほぼ中央に立てた垂線が投光部と受光部を結ぶ直線とそのほぼ中央で交わる向きに配置される事を特徴とする、眼球の所定の部分に光を通す為に使用される眼球測定位置決め用具が記載されている。
ところで、偏光制御された光ビームを被計測者の眼球に照射し、前眼房を横切って眼球から出てきた光ビームを受光して眼球の光計測を行う場合、被計測者の眼球の状態の変化に伴って光ビームを受光する受光面に対する入射状態が変化すると、光計測の精度が低下する可能性がある。 By the way, when measuring the eyeball by irradiating the eyeball of the measurement subject with the polarization-controlled light beam and receiving the light beam emitted from the eyeball across the anterior chamber, the state of the eyeball of the measurement subject If the incident state with respect to the light receiving surface that receives the light beam changes in accordance with the change of, there is a possibility that the accuracy of the optical measurement is lowered.
本発明は、光ビームを受光する受光面への入射状態に対応した補正をしない場合に比べて、光計測の精度を向上させた眼球の光計測装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an eyeball optical measurement device in which the accuracy of optical measurement is improved as compared with a case where correction corresponding to an incident state on a light receiving surface that receives a light beam is not performed.
請求項1に記載の発明は、被計測者の眼球の前眼房に向けて光ビームを照射する光照射手段と、前記眼球の前記前眼房を通過した光ビームを受光する第1の受光面を有する受光手段と、前記眼球と前記受光手段との間に当該眼球の前記前眼房を通過した光ビームの少なくとも一部を受光可能に設けられ、当該光ビームの入射位置が測定可能な第2の受光面を有する測定手段とを備える眼球の光計測装置である。
請求項2に記載の発明は、前記測定手段が測定した前記第2の受光面への入射位置に基づいて、前記受光手段からの信号出力を前記第1の受光面への入射状態に対応させて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の眼球の光計測装置である。
請求項3に記載の発明は、前記測定手段が測定した前記第2の受光面への入射位置に基づいて、前記受光手段の前記第1の受光面への光ビームの入射状態を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の眼球の光計測装置である。
請求項4に記載の発明は、前記測定手段は、前記眼球と前記受光手段との間に、当該眼球を通過した光の少なくとも一部を受光可能に設けられ、当該眼球からの光路長が前記第2の受光面と異なる第3の受光面を備えることを特徴とする請求項1に記載の眼球の光計測装置である。
請求項5に記載の発明は、前記測定手段が測定した前記第2の受光面への入射位置及び前記第3の受光面への入射位置に基づいて、前記受光手段からの信号出力を前記第1の受光面への入射位置及び入射角に対応させて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の眼球の光計測装置である。
請求項6に記載の発明は、前記測定手段が測定した前記第2の受光面への入射位置及び前記第3の受光面への入射位置に基づいて、前記受光手段の前記第1の受光面への光ビームの入射位置及び入射角を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項4に記載の眼球の光計測装置である。
請求項7に記載の発明は、前記受光手段の前記第1の受光面が、入射位置が測定可能であることを特徴とする請求項1に記載の眼球の光計測装置である。
請求項8に記載の発明は、前記受光手段の前記第1の受光面への入射位置と、前記測定手段の前記第2の受光面への入射位置とに基づいて、当該受光手段からの信号出力を当該第1の受光面への入射位置及び入射角に対応させて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の眼球の光計測装置である。
請求項9に記載の発明は、前記受光手段の前記第1の受光面への入射位置と、前記測定手段の前記第2の受光面への入射位置とに基づいて、当該受光手段の当該第1の受光面への光ビームの入射位置及び入射角を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の眼球の光計測装置である。
According to the first aspect of the present invention, a light irradiating unit that irradiates a light beam toward the anterior chamber of the eyeball of the measurement subject, and a first light receiving unit that receives the light beam that has passed through the anterior chamber of the eyeball. A light receiving means having a surface, and provided between the eyeball and the light receiving means so as to be able to receive at least part of the light beam that has passed through the anterior chamber of the eyeball, and the incident position of the light beam can be measured An optical measurement device for an eyeball comprising a measuring means having a second light receiving surface.
According to a second aspect of the present invention, a signal output from the light receiving unit is made to correspond to an incident state on the first light receiving surface based on an incident position on the second light receiving surface measured by the measuring unit. The eyeball optical measurement device according to
The invention according to claim 3 is a correction for correcting an incident state of a light beam on the first light receiving surface of the light receiving means based on an incident position on the second light receiving surface measured by the measuring means. The eyeball optical measurement device according to
According to a fourth aspect of the present invention, the measuring means is provided between the eyeball and the light receiving means so as to be able to receive at least part of the light that has passed through the eyeball, and an optical path length from the eyeball is The eyeball optical measurement device according to
According to a fifth aspect of the present invention, the signal output from the light receiving means is generated based on the incident position on the second light receiving surface and the incident position on the third light receiving surface measured by the measuring means. 5. The eyeball optical measurement device according to claim 4, further comprising correction means for correcting the light in accordance with an incident position and an incident angle on one light receiving surface.
According to a sixth aspect of the present invention, the first light receiving surface of the light receiving means is based on the incident position on the second light receiving surface and the incident position on the third light receiving surface measured by the measuring means. 5. The eyeball optical measurement device according to claim 4, further comprising correction means for correcting an incident position and an incident angle of the light beam on the eyeball.
The invention according to claim 7 is the optical measurement apparatus for an eyeball according to
According to an eighth aspect of the present invention, a signal from the light receiving means is based on an incident position of the light receiving means on the first light receiving surface and an incident position of the measuring means on the second light receiving surface. The eyeball optical measurement device according to claim 7, further comprising correction means for correcting the output in accordance with an incident position and an incident angle on the first light receiving surface.
The invention according to claim 9 is based on the incident position of the light receiving means on the first light receiving surface and the incident position of the measuring means on the second light receiving surface. The eyeball optical measurement device according to claim 7, further comprising correction means for correcting an incident position and an incident angle of the light beam on one light receiving surface.
請求項1の発明によれば、受光面への入射状態に対応した補正をしない場合に比べて、光計測の精度が向上する。
請求項2の発明によれば、信号出力の補正しない場合に比べて、光学系を調整する手段を要しない。
請求項3の発明によれば、光ビームの入射状態を補正しない場合に比べて、第1の受光面の受光感度の面内ばらつきを考慮することを要しない。
請求項4の発明によれば、第3の受光面を備えない場合に比べて、光ビームの入射角に関する情報が容易に得られる。
請求項5、6の発明によれば、入射角に対応させないで補正する場合に比べて、光計測の精度がより向上する。
請求項7の発明によれば、第1の受光面が入射位置を測定可能でない場合に比べて、計測手段が備える受光面の数が減る。
請求項8、9の発明によれば、第1の受光面が入射位置を測定可能でない場合に比べて、第1の受光面への入射位置の測定精度が向上する。
According to the first aspect of the present invention, the accuracy of optical measurement is improved as compared with the case where the correction corresponding to the incident state on the light receiving surface is not performed.
According to the second aspect of the present invention, no means for adjusting the optical system is required as compared with the case where the signal output is not corrected.
According to the third aspect of the present invention, it is not necessary to consider the in-plane variation of the light receiving sensitivity of the first light receiving surface as compared with the case where the incident state of the light beam is not corrected.
According to the fourth aspect of the present invention, information relating to the incident angle of the light beam can be easily obtained as compared with the case where the third light receiving surface is not provided.
According to the fifth and sixth aspects of the invention, the accuracy of optical measurement is further improved as compared with the case where correction is performed without corresponding to the incident angle.
According to the seventh aspect of the present invention, the number of light receiving surfaces provided in the measuring means is reduced as compared with the case where the first light receiving surface cannot measure the incident position.
According to the eighth and ninth aspects of the invention, the measurement accuracy of the incident position on the first light receiving surface is improved as compared with the case where the first light receiving surface cannot measure the incident position.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、添付図面では、眼球と光路との関係を明らかにするため、眼球を他の部材(後述する光学系など)に比べ大きく表記している。以下では、眼球の光計測装置を光計測装置と表記する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, in order to clarify the relationship between the eyeball and the optical path, the eyeball is shown larger than other members (such as an optical system described later). Hereinafter, the optical measurement device for the eyeball is referred to as an optical measurement device.
[第1の実施の形態]
<光計測装置1>
図1は、第1の実施の形態が適用される光計測装置1の構成の一例を示す図である。光計測装置1は、被計測者(被験者)の顔に押し当てるように配置され、眼球10の前眼房13を横切るように光ビーム28を通過(透過)させることで、眼球10の前眼房13における眼房水を光計測する。なお、図1に示す眼球10は右目である。
[First Embodiment]
<
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an
この光計測装置1は、被計測者の眼球10の前眼房13内の眼房水の光計測に用いる光学系20、光学系20を制御する制御部60及び光学系20を用いて光計測された計測データに基づいて眼房水の特性を算出する算出部70を備える。
そして、制御部60には、光学系20における受光器35の受光面35aへの光ビーム28の入射状態に対応して受光器35からの信号出力(計測データ)を補正する補正ユニット61を備える。
ここで、受光器35の受光面35aは、第1の受光面の一例、補正ユニット61は、補正手段の一例である。
なお、光計測装置1は、光学系20などを保持する保持部を備えるが、保持部についての記載を省略する。保持部は、光学系20に加えて、制御部60及び算出部70のすべて又はこれらの一部を保持してもよい。
This
The
Here, the
In addition, although the
(眼球10)
まず、眼球10を説明する。
図1に示すように眼球10は、外形がほぼ球形であって、中央にガラス体11がある。そして、レンズの役割をする水晶体12が、ガラス体11の一部に埋め込まれている。水晶体12の外側に、前眼房13があり、その外側に角膜14がある。水晶体12の周辺部は虹彩に囲まれ、その中心が瞳孔15である。水晶体12に接する部分を除いて、ガラス体11は、網膜16で覆われている。
すなわち、前眼房13は、角膜14と水晶体12とで囲まれた領域であって、球形から凸状に飛び出している。そして、前眼房13は、眼房水で満たされている。
(Eyeball 10)
First, the
As shown in FIG. 1, the
That is, the
図1に示すように、被計測者の上下方向を上側を正とするx方向、眼球10から出射した光ビーム28が進む方向を正とするz方向、x方向及びz方向と直交し、被計測者から離れる方向を正とするy方向とする。
As shown in FIG. 1, the vertical direction of the person being measured is in the x direction with the upper side being positive, the z direction with the direction in which the
第1の実施の形態が適用される光計測装置1が光計測する眼房水の特性とは、眼房水に含まれる光学活性物質による直線偏光の振動方向(偏光面)の回転角(旋光度αM)、円偏光に対する吸色度(円二色性)などをいう。なお、本明細書では、直線偏光の偏光面とは、直線偏光において電界が振動する面をいう。
以下では、一例として、眼房水に含まれる光学活性物質による直線偏光の偏光面の回転角(旋光度αM)から、光学活性物質の濃度を算出するとして説明する。
The characteristics of the aqueous humor measured by the
Hereinafter, as an example, the description will be made assuming that the concentration of the optically active substance is calculated from the rotation angle (rotation angle α M ) of the polarization plane of linearly polarized light by the optically active substance contained in the aqueous humor.
(光学系20)
光学系20は、眼球10の前眼房13に光ビーム28を照射する光照射系21、前眼房13を通過した光を受光する受光系22及び入射状態測定系23を備える。
ここで、光照射系21は、光照射手段の一例、受光系22は、受光手段の一例、及び、入射状態測定系23は、測定手段の一例である。
(Optical system 20)
The
Here, the
光照射系21は、光源25、偏光子27、ミラー29を備える。
光源25は、ビーム状の光(光ビーム28)を眼球10の前眼房13に向けて照射する。光源25は、レーザのような波長幅が狭い光源であってもよく、発光ダイオード(LED)やランプのような波長幅が広い光源であってもよい。また、LED、ランプ又はレーザを複数備えていてもよい。なお、波長幅は、狭い方がよい。そして、複数の波長を使用することがよい。
偏光子27は、例えば、ニコルプリズム、全反射型のグラントムソンプリズム、グランテーラプリズム、グランレーザプリズムなどであって、光源25が出射したランダムな偏光面を持つ光ビームから、予め定められた偏光面の直線偏光を通過させる。
ミラー29は、偏光子27を通過した光ビームを反射させ、光路を折り曲げる。
The
The
The
The
受光系22は、補償子31、検光子33、受光器35を備える。受光系22では、光路を折り曲げるミラーを用いていない。
補償子31は、例えばガーネット等を用いたファラデー回転子などの磁気光学素子であって、磁場によって直線偏光の偏光面を回転させる。
検光子33は、偏光子27と同様の部材であって、通過する光ビーム28の予め定められた偏光面の直線偏光を通過させる。
受光器35は、シリコンダイオードなどで構成された受光面35aを有する受光素子(フォトディテクタ)であって、受光した光ビーム28の強度に対応した出力信号(電圧信号)を出力する。受光器35の受光面35aは、10mm×10mmなどであって、受光する光ビーム28の径に比べて大きいとする。つまり、受光器35における受光面35aの一部に光ビーム28が入射する。
そして、受光器35は、感度を重視した受光素子であって、光ビーム28の入射位置を検出(測定)する機能を有しないとする。
The
The
The
The
The
入射状態測定系23は、光ビーム28を分割するビームスプリッタ41、42及びビームスプリッタ41、42により分割された光ビーム28を受光する受光器51、52を備える。なお、受光器51、52は、それぞれ受光面51a、52aを有する。
ビームスプリッタ41、42は、一つの光ビームを複数の光ビームに分割する。ビームスプリッタ41、42は、光学薄膜を介して二つの直角プリズムの斜面同士を接合したキューブ型でもよく、一方の面に、光学薄膜を設けたプレート型であってもよい。ビームスプリッタ41、42は、通過する光ビームの偏光状態に影響を与えないものがよい。なお、ビームスプリッタ41、42が光ビームを分割する比率は、1:1でなくてもよい。
受光器51、52は、受光面51a、52aにおける入射する光ビームの入射位置が識別されるものであればよい。受光器51、52は、例えばCCD、CMOSなどの撮像素子であって、二次元に配列された複数の受光セル(画素)を有する。よって、受光器51、52では、それぞれの受光面51a、52aにおいて、光ビームの入射位置が入射した受光セルの位置(座標)により検出される。
The incident
The
The
光学系20における光ビーム28の光路の概要を説明する。なお、入射状態測定系23における光路については、後述する。
光源25から眼球10の前眼房13に向けて照射された光ビーム28は、偏光子27を通過し、ミラー29で折り曲げられて、眼球10の前眼房13を横切るように通過する。
眼球10の前眼房13を透過した光ビーム28は、入射状態測定系23のビームスプリッタ41により分割される。ビームスプリッタ41で分割された一方の光ビーム28は、受光系22における補償子31、検光子33を通過して、受光器35に入射する。
An outline of the optical path of the
The
The
(制御部60)
制御部60は、CPU(中央演算処理装置)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(読み出し専用メモリ)、HDD(ハードディスクドライブ)、I/Oポート(入出力ポート)などを備えたコンピュータとして構成され、ソフトウェアにより動作するものであってもよく、アナログ電子回路などのハードウェアで構成されていてもよい。
そして、制御部60は、光学系20における光源25、補償子31、受光器35などを制御する。また、制御部60は、計測に用いた光ビームの波長λ、補償子31の回転角、受光器35から取得した出力信号などの計測データを、算出部70に出力する。
なお、制御部60における補正ユニット61は、入射状態測定系23で測定された受光系22における受光器35の受光面35aへの光ビーム28の入射状態に対応して、受光器35の出力信号(電圧信号)を補正する。補正については、後述する。
(Control unit 60)
The
The
The
(算出部70)
算出部70は、制御部60と同様に構成されている。そして、制御部60から取得した計測データに基づいて、眼房水の特性を算出する。
なお、制御部60が、算出部70を兼ねてもよい。
(Calculation unit 70)
The
Note that the
<眼房水の光計測>
次に、光計測装置1を用いて、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質の濃度を算出する例を説明する。ここでは、光学活性物質として、グルコース濃度を算出するとする。
<Optical measurement of aqueous humor>
Next, an example of calculating the concentration of the optically active substance contained in the aqueous humor in the
(眼房水のグルコース濃度を測定する背景)
まず、眼房水のグルコース濃度を測定する背景について説明する。
インスリン治療を必要とする1型糖尿病患者、2型糖尿病患者(被計測者)には、自己血糖測定が推奨されている。自己血糖測定では、血糖コントロールを精緻に行うために、家庭などにおいて被計測者自身で自己の血糖値を測定する。
現在流通している自己血糖測定器は、指先などを注射針で穿刺し、微量の血液を採取して、血液中のグルコース濃度を測定する。自己血糖測定は、毎食後や就寝前等での測定が推奨されることが多く、一日に1回から数回行うことが求められる。特に、強化インスリン治療では、さらに多数回の測定が必要とされている。
このため、穿刺式の自己血糖測定器を用いた侵襲式の血糖値測定法は、血液を採取する時(採血時)の痛みによる苦痛から、被計測者の自己血糖測定に対するインセンティブ低下を招きやすい。このため、効率的な糖尿病治療が困難となる場合がある。
(Background for measuring glucose concentration in aqueous humor)
First, the background for measuring the glucose concentration of aqueous humor will be described.
Autologous blood glucose measurement is recommended for
Currently available self-blood glucose measuring instruments puncture a fingertip or the like with an injection needle, collect a small amount of blood, and measure the glucose concentration in the blood. Autologous blood glucose measurement is often recommended after every meal or before going to bed, and is required to be performed once to several times a day. In particular, intensified insulin treatment requires many more measurements.
For this reason, the invasive blood glucose measurement method using a puncture-type self blood glucose meter tends to cause a decrease in incentive for the subject's self blood glucose measurement due to pain caused by pain when blood is collected (during blood collection). . This may make it difficult to treat diabetes effectively.
そこで、穿刺などの侵襲式の血糖値測定法に代わる、穿刺を必要としない非侵襲式の血糖値測定法の開発が進められている。
非侵襲式の血糖値測定法として、近赤外分光法、光音響分光法、旋光性を利用する方法などが検討されている。なお、これらの方法では、グルコース濃度から血糖値を推測する。
近赤外分光法や光音響分光法は、指の血管内の血液における光吸収スペクトルや音響振動を検出する。しかし、血液中には赤血球、白血球などの細胞物質が存在する。このため、光散乱の影響を大きく受ける。さらに、血管内の血液の他に周囲の組織の影響も受ける。よって、これらの方法は、タンパク質、アミノ酸等、莫大な数の物質が関与する信号からグルコース濃度に関する信号を検出することを必要とし、信号の分離が難しい。
Therefore, development of a non-invasive blood glucose level measurement method that does not require puncture is being promoted instead of an invasive blood glucose level measurement method such as puncture.
As a non-invasive blood glucose level measuring method, near infrared spectroscopy, photoacoustic spectroscopy, a method using optical rotation, and the like are being studied. In these methods, the blood glucose level is estimated from the glucose concentration.
Near-infrared spectroscopy and photoacoustic spectroscopy detect a light absorption spectrum and acoustic vibration in blood in a finger blood vessel. However, there are cellular substances such as red blood cells and white blood cells in the blood. For this reason, it is greatly affected by light scattering. Furthermore, in addition to blood in blood vessels, it is affected by surrounding tissues. Therefore, these methods require detection of a signal related to glucose concentration from a signal involving a huge number of substances such as proteins and amino acids, and it is difficult to separate the signals.
一方、前眼房13における眼房水は、血清とほぼ同じ成分であって、タンパク質、グルコース、アスコルビン酸等を含んでいる。しかし、眼房水は、血液と異なり、赤血球、白血球などの細胞物質を含まず、光散乱の影響が小さい。よって、眼房水は、グルコース濃度の光学的な測定に適している。
そして、眼房水に含まれるタンパク質、グルコース、アスコルビン酸等は光学活性物質であって、旋光性を有している。
そこで、第1の実施の形態が適用される光計測装置1は、この眼房水から、旋光性を利用してグルコースを含む光学活性物質の濃度を光学的に計測する。
なお、眼房水は、グルコースを輸送するための組織液であることから、眼房水のグルコース濃度は、血液中のグルコース濃度と相関すると考えられている。そして、ウサギを用いた測定において、血液から眼房水へのグルコースの輸送にかかる時間(輸送遅延時間)は、10分以内であると報告されている。
On the other hand, the aqueous humor in the
Proteins, glucose, ascorbic acid and the like contained in aqueous humor are optically active substances and have optical activity.
Therefore, the
In addition, since aqueous humor is a tissue fluid for transporting glucose, the glucose concentration of aqueous humor is considered to correlate with the glucose concentration in blood. In the measurement using rabbits, it is reported that the time required for transporting glucose from blood to aqueous humor (transport delay time) is within 10 minutes.
(光路の設定)
さて、眼房水に含まれるグルコースなどの光学活性物質の濃度を光学的に計測する手法において、設定することのできる光路は以下の2つである。
1つは、図1に示す第1の実施の形態と異なり、眼球10に対して垂直に近い角度、すなわち前後方向に沿って光を入射させ、角膜14と眼房水との界面又は眼房水と水晶体12との界面で光を反射させ、反射した光を受光(検出)する光路である。もう1つは、図1に示す第1の実施の形態のように、前後方向と交差する角度、具体的には眼球10に対して平行に近い角度で光を入射させ、前眼房13を横切るように通過した光を受光(検出)する光路である。
(Optical path setting)
Now, in the technique of optically measuring the concentration of an optically active substance such as glucose contained in aqueous humor, the following two optical paths can be set.
One is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that light is incident on the
前者のように、眼球10に対して垂直に近い角度で光を入射させる光路は、網膜16に光が達するおそれがある。特に、光源25に、コヒーレント性が高いレーザを用いる場合、網膜16にエネルギ密度の高い光が到達して、照射される時間の長さによっては網膜16に悪影響を与える可能性がある。
As in the former case, there is a possibility that light may reach the
これに対し、後者のように、眼球10に対して平行に近い角度で光を入射させる光路では、角膜14を通して前眼房13を横切るように光を通過させ、眼房水を通過した光を受光(検出)する。このため、光が網膜16に達することが抑制される。
光学活性物質による偏光面の回転角(旋光度)は、光路長に依存し、光路長が長いほど旋光度が大きい。よって、前眼房13を横切るように光を通過させることで、光路長が長く設定される。
On the other hand, in the optical path in which light is incident at an angle close to parallel to the
The rotation angle (optical rotation) of the polarization plane by the optically active substance depends on the optical path length. The longer the optical path length, the higher the optical rotation. Therefore, the light path length is set long by allowing light to pass across the
(光学活性物質の濃度算出)
図2は、光計測装置1によって、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質による偏光面の回転角(旋光度)を計測する方法を説明する図である。ここでは、説明を容易にするため、光ビーム28を折り曲げない構成とし、ミラー29の記載を省略している。
また、光学活性物質の濃度算出を説明するために、入射状態測定系23の記載を省略している。
また、図2に示す光源25、偏光子27、前眼房13、補償子31、検光子33及び受光器35のそれぞれの間において、光の進行方向から見た偏光の様子を円内の矢印で示している。
(Calculation of optically active substance concentration)
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of measuring the rotation angle (optical rotation) of the polarization plane by the optically active substance contained in the aqueous humor in the
Further, the description of the incident
In addition, an arrow in a circle indicates the state of polarization viewed from the traveling direction of light between the
光源25は、ランダムな偏光面を持つ光を出射する。そして、偏光子27は、予め定められた偏光面の直線偏光を通過させる。図2においては、一例として、紙面に平行な偏光面の直線偏光が通過する。
偏光子27を通過した直線偏光は、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質により、偏光面が回転する。図2では、偏光面は角度αM(旋光度αM)回転する。
The
The plane of polarization of the linearly polarized light that has passed through the
次に、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質により回転した偏光面を、補償子31により元に戻す。補償子31がファラデー素子などの磁気光学素子である場合には、補償子31に磁界を印加することで、補償子31を通過する光ビーム28の偏光面が回転する。
そして、受光器35は、検光子33を通過した直線偏光を受光し、光ビーム28の強度に対応した出力信号(出力電圧)に変換する。
なお、出力信号(出力電圧)は、入射状態測定系23で測定された受光系22における受光器35の受光面35aへの光ビーム28の入射状態に基づいて、制御部60における補正ユニット61により補正される。
Next, the polarization plane rotated by the optically active substance contained in the aqueous humor in the
The
The output signal (output voltage) is output by the
ここで、光学系20による旋光度αMの計測方法の一例を説明する。
まず、光源25から照射された光ビーム28が前眼房13を通過させない状態において、光源25、偏光子27、補償子31、検光子33及び受光器35を含む光学系20を用いながら、受光器35からの出力信号(出力電圧)が最小になるよう、補償子31及び検光子33を設定する。図2に示す例では、光ビーム28が前眼房13を通過しない状態では、偏光子27を通過した直線偏光の偏光面は、検光子33を通過する偏光面と直交する。
Here, an example of a method for measuring the optical rotation α M by the
First, in a state where the
次に、光ビーム28が前眼房13を横切るように通過する状態にする。すると、前眼房13における眼房水に含まれる光学活性物質によって、光ビーム28の偏光面が回転する。このため、受光器35からの出力信号(出力電圧)は、最小値から外れる。そこで、受光器35からの出力信号が最小になるように、補償子31に磁界を印加して偏光面を回転させる。すなわち、補償子31から出射する光ビーム28の偏光面を、検光子33を通過する偏光面と直交させる。
この補償子31によって回転させた偏光面の角度が、眼房水に含まれる光学活性物質によって発生した旋光度αMに対応する。ここで、補償子31に印加した磁場の大きさと回転した偏光面の角度との関係は、事前に知られている。したがって、補償子31に印加した磁場の大きさから、旋光度αMが分かる。
Next, the
The angle of the polarization plane rotated by the
具体的には、光源25から前眼房13における眼房水に複数の波長λ(波長λ1、λ2、λ3、…)の光ビーム28を入射し、それぞれに対して旋光度αM(旋光度αM1、αM2、αM3、…)を求める。これらの波長λと旋光度αMとの組が、算出部70に取り込まれ、求めたい光学活性物質の濃度が算出される。
なお、算出部70により算出された光学活性物質の濃度は、光計測装置1が備える表示手段(不図示)に表示されてもよいし、光計測装置1が備える出力手段(不図示)を介してPC(Personal Computer)などの他の端末装置(不図示)に出力されてもよい。
Specifically, light beams 28 having a plurality of wavelengths λ (wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 ,...) Are incident on the aqueous humor in the
The concentration of the optically active substance calculated by the calculating
付言すると、眼房水には、前述したように複数の光学活性物質が含まれている。よって、計測された旋光度αMは、複数の光学活性物質それぞれによる旋光度αMの和である。そこで、計測された旋光度αMから、求めたい光学活性物質(ここでは、グルコース)の濃度を算出することが必要となる。求めたい光学活性物質の濃度の算出は、例えば、特開平09-138231号公報に開示されているような公知の方法を用いればよいので、ここでは説明を省略する。 In addition, the aqueous humor includes a plurality of optically active substances as described above. Therefore, the measured optical rotation α M is the sum of the optical rotation α M by each of the plurality of optically active substances. Therefore, it is necessary to calculate the concentration of the optically active substance (here, glucose) to be obtained from the measured optical rotation α M. The calculation of the concentration of the optically active substance to be obtained may be performed by using a known method as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-138231, and the description thereof is omitted here.
また、図2では、偏光子27の偏光面と検光子33を通過する前の偏光面とが共に、紙面に平行であるとしている。しかし、光源25を出射した光が前眼房13を通過させない状態において、補償子31によって偏光面が回転する場合には、検光子33を通過する前の偏光面が紙面に平行な面から傾いていてもよい。すなわち、光が前眼房13における眼房水を通過させない状態において、受光器35からの出力信号(信号電圧)が最小になるように、補償子31と検光子33とを設定すればよい。
In FIG. 2, it is assumed that the polarization plane of the
また、ここでは旋光度αMを求める方法として補償子31を用いた例を述べたが、補償子31以外で旋光度αMを求めてもよい。さらに、ここでは偏光面の回転角(旋光度αM)を測定する最も基本的な測定法である直交偏光子法(ただし補償子31を使用)について示したが、回転検光子法やファラデー変調法、光学遅延変調法といった他の測定方法を適用してもよい。
Furthermore, here has been described the example using the
(眼球10と受光器35との関係)
次に、眼球10と受光器35との関係を説明する。
図3は、入射状態測定系23を備えない場合における、眼球10の前眼房13を通過した光ビーム28の受光器35への入射状態を説明する図である。図3には、光ビーム28の一例として、光ビーム28Iと光ビーム28IIとを示している。なお、これらを区別しない場合は、光ビーム28と表記する。なお、図3は、図1を紙面内において180°回転させて示している。
光ビーム28Iは、光学系20を設定した際に想定した光路を通過する光ビームであって、受光器35の受光面35aには、xy座標(xI、yI)で表される位置(座標位置)に角度θIで入射する(図3では、座標(xI、yI、θI)と表記する。)。これに対して、光ビーム28IIは、光ビーム28Iが通過する光路(想定した光路)から外れた光路を通過する光ビームであって、受光面35aには、xy座標(xII、yII)で表される位置(座標位置)に角度θIIで入射する(図3では、座標(xII、yII、θII)と表記する。)。
(Relationship between
Next, the relationship between the
FIG. 3 is a diagram for explaining an incident state of the
The
光ビーム28が光学系20を設定した際に想定した光路(光ビーム28Iが通過する光路)から外れた光路(光ビーム28IIが通過する光路)になるのは、被計測者の呼吸や脈動などの生体振動や角膜14の状態変化によって、光路が変動するためである。
なお、図3では、光ビーム28Iと光ビーム28IIとは、それらが出射する角膜14の位置が同じであって、角膜14の状態変化によって変動したように記載されているが、光ビーム28が角膜14に入射する位置や、入射位置における角膜14の状態によっても、その光路は変動する。
The
In FIG. 3, the
受光器35は、受光面35aにおいて光ビーム28が入射する座標位置によって、出力信号(出力電圧)が異なる。すなわち、受光器35の受光面35aは、受光面35a内において受光感度にばらつき(面内分布)を有している。また、受光面35aにおける反射率は、入射角に依存する。なお、受光面35aにおける反射率とは、シリコンダイオードなどの受光素子の表面の反射率のみならず、受光素子の表面を覆うガラス板などの保護部材の表面及び裏面における反射率を含む。
よって、受光器35の出力信号(出力電圧)をそのまま前眼房13内の眼房水の特性の算出に用いると、計測の精度が損なわれる。
そこで、第1の実施の形態では、受光器35の受光面35aに入射する光ビーム28の入射状態(入射位置、入射角)を測定し、受光器35の出力信号(出力電圧)を入射状態に対応して補正することで、被計測者の眼球10の前眼房13内の眼房水に関する計測の精度を向上させている。
The
Therefore, if the output signal (output voltage) of the
Therefore, in the first embodiment, the incident state (incident position, incident angle) of the
図4は、第1の実施の形態における入射状態測定系23を説明する図である。図4(a)は、想定した光路を通過する光ビーム28Iを説明する図、図4(b)は、想定した光路を外れた光ビーム28IIを説明する図、図4(c)は、入射状態を測定する方法を説明する図である。
図4(c)は、眼球10の角膜14上における光ビーム28(光ビーム28I、28II)の出射点であるA点と受光器35における受光面35aの中心であるO点とを結ぶ方向をz方向としたxyz座標で表す。なお、受光器35の受光面35aをz=0としている。また、xyz座標に加えて、xy平面に対する入射角θを含めた座標(x、y、z、θ)で表記する。
ここでは、入射状態測定系23を説明するために、眼球10、入射状態測定系23及び受光系22における受光器35を示し、他の構成の記載を省略している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the incident
FIG. 4C connects point A, which is the emission point of the light beam 28 (light beams 28 I , 28 II ) on the
Here, in order to describe the incident
前述したように、入射状態測定系23は、ビームスプリッタ41、42及び受光器51、52を備える。
まず、光学系20を設定した際に想定した光路を通過する光ビーム28Iについて説明する。以下において、光ビーム28Iが通る光路毎に符号(−0、−1など)を付して説明する。
As described above, the incident
First, description will be given of
図4(a)に示すように、眼球10の角膜14におけるA点から光ビーム28I−0が、出射するとする。
光ビーム28I−0は、ビームスプリッタ41により、ビームスプリッタ41の反射面で反射される光ビーム28I−1とこの反射面を通過する光ビーム28I−2とに分割される。光ビーム28I−2は、受光器35における受光面35aの中央のO点に、受光角θIが0°で入射するとする。受光器35の中央のO点は、xyz座標において(0、0、0)である。つまり、xI=0、yI=0、zI=0である。よって、光ビーム28I−2は、図4(c)におけるO点(座標((x、y、z、θ)=(0、0、0、0)))に入射する。
そして、ビームスプリッタ41の反射面は、光ビーム28I−0に対して45°に設定されているとする。すると、光ビーム28I−1は、光ビーム28I−0に対して90°に折り曲げられる。
As shown in FIG. 4A, it is assumed that the
The
The reflecting surface of the
次に、光ビーム28I−1は、ビームスプリッタ42により、ビームスプリッタ42の反射面で反射される光ビーム28I−11とこの反射面を通過する光ビーム28I−12とに分割される。
ビームスプリッタ42の反射面は、光ビーム28I−1に対して45°に設定されているとする。すると、光ビーム28I−11は、光ビーム28I−1に対して90°に折り曲げられる。
Next, the light beam 28 I -1 is split by the
It is assumed that the reflection surface of the
光ビーム28I−11は、受光器51における受光面51aの中央のO′点に、入射角θC1が0°で受光されるとする。ここで、受光面51aをx′y′座標で表記する。なお、x′軸はx軸に平行であり、y′軸はy軸に平行である。そして、中央のO′点は、x′y′座標において(0、0)である。
この場合、A点から受光器51の中央のO′点までの光路(光ビーム28I−0、光ビーム28I−1、光ビーム28I−11のそれぞれの光路)を、反射面で反射させないで順にz軸上に重ねるとともに、x′y′座標がxy座標に重なるように受光器51をシフトすると、光ビーム28I−11は、図4(c)におけるO′点(座標((x、y、z、θ)=(0、0、ZC1、0))に入射することになる。なお、ZC1は、A点から受光面51aの中央のO′点までの光路長(光ビーム28I−0、光ビーム28I−1、光ビーム28I−11のそれぞれの光路長の和)を、AO間の距離から差し引いた値である。なお、z=ZC1は、受光面51aの位置に相当する。
It is assumed that the
In this case, the optical path from the point A to the center O ′ point of the light receiver 51 (the optical paths of the
同様に、光ビーム28I−12は、受光器52における受光面52aの中央のO″点に、入射角θC2が0°で入射するとする。ここで、受光面52aをx″y″座標で表記する。なお、x″軸はx軸に平行であり、y″軸はy軸に平行である。そして、中央のO″点は、x″y″座標において(0、0)である。
この場合、A点から受光器52の中央のO″点までの光路(光ビーム28I−0、光ビーム28I−1、光ビーム28I−12のそれぞれの光路)を、反射面で反射させないで順にz軸上に重ねるとともに、x″y″座標をxy座標に重なるように受光器52をシフトすると、光ビーム28I−12は、図4(c)におけるO″点(座標((x、y、z、θ)=(0、0、ZC2、0)))に入射することになる。なお、ZC2は、A点から受光面52aの中央のO″点までの光路長(光ビーム28I−0、光ビーム28I−1、光ビーム28I−12のそれぞれの光路長の和)を、AO間の距離から差し引いた値である。なお、z=ZC2は、受光面52aの位置に相当する。
Similarly, it is assumed that the
In this case, the optical path from the point A to the center O ″ point of the light receiver 52 (the optical paths of the
次に、図4(b)によって、想定した光路から外れた光路を通過する光ビーム28IIについて説明する。以下においても、光ビーム28IIが通る光路毎に符号(−0、−1など)を付して説明する。
図4(b)に示すように、光ビーム28II−0は、眼球10の角膜14におけるA点から出射するとする。なお、光ビーム28II−0は、光ビーム28I−0と異なる方向に進む。
光ビーム28II−0は、ビームスプリッタ41により、ビームスプリッタ41の反射面で反射された光ビーム28II−1とこの反射面を通過した光ビーム28II−2とに分割される。
光ビーム28II−0は、ビームスプリッタ41の反射面に対して45°で入射しないので、光ビーム28II−1は、ビームスプリッタ41の反射面への入射角に対応した反射角の方向に進む。
一方、光ビーム28II−2は、受光器35における受光面35aのB点に、入射角θIIで入射する。B点は、xyz座標において、(xII、yII、zII)である。なお、z11は、0である。すなわち、光ビーム28II−2は、図4(c)におけるB点(座標((x、y、z、θ)=(xII、yII、0、θII)))に入射することになる。
Next, the
As shown in FIG. 4B, it is assumed that the
The
Since the
On the other hand, the light beam 28 II -2 is incident on the point B of the
次に、光ビーム28II−1は、ビームスプリッタ42により、ビームスプリッタ42の反射面で反射される光ビーム28II−11とこの反射面を通過する光ビーム28II−12とに分割される。
光ビーム28II−1は、ビームスプリッタ42の反射面に対して45°で入射しないので、光ビーム28II−11は、ビームスプリッタ42の反射面への入射角に対応した反射角の方向に進む。そして、受光器51における受光面51aのC1点に入射角θC1で入射する。なお、C1点は、x′y′座標において、(xC1、yC1)である。
この場合、A点から受光器51のC1点までの光路(光ビーム28II−0、光ビーム28II−1、光ビーム28II−11のそれぞれの光路)を、反射面で反射させないで順にz軸上に重ねるとともに、x′y′座標がxy座標に重なるように受光器51をシフトすると、図4(c)に示すように、光ビーム28II−11は、図4(c)におけるC1点(座標((x、y、z、θ)=(xC1、yC1、ZC1、θC1)))に入射する。
Next, the light beam 28 II -1 is split by the
Since the light beam 28 II -1 does not enter at 45 ° with respect to the reflection surface of the
In this case, the optical paths from the point A to the point C1 of the light receiver 51 (the optical paths of the
同様に、光ビーム28II−12は、受光器52のC2点に入射角θC2で入射する。なお、C2点は、x″y″座標において、(xC2、yC2)である。
この場合、A点から受光器52における受光面52aのC2点までの光路(光ビーム28II−0、光ビーム28II−1、光ビーム28II−12のそれぞれの光路)を、反射面で反射させないで順にz軸上に重ねるとともに、x″y″座標がxy座標に重なるように受光器52をシフトすると、光ビーム28II−12は、図4(c)におけるC2点(座標((x、y、z、θ)=(xC2、yC2、ZC2、θC2)))に入射することになる。
Similarly, the light beam 28 II -12 is incident on the point C2 of the
In this case, the light path from the point A to the point C2 of the
なお、光ビーム28IIに対するビームスプリッタ41、42と空気との界面における屈折を無視している。B点の座標から、ビームスプリッタ41、42と空気との界面における屈折の影響が求められる。よって、屈折を考慮して、光路を求めればよい。
Note that refraction at the interface between the
次に、受光器35における光ビーム28IIの受光器35における受光面35aのxyz座標(xII、yII、0)及び受光器35における受光面35aに対する入射角θIIを算出する方法を説明する。
A点は、眼球10の角膜14における光ビーム28IIの出射点である。しかし、A点は、固定されていないために不明である。一方、受光器51、52は、CCD、CMOSなどの撮像素子であって、二次元に配列された複数の受光セル(画素)から構成される受光面51a、52aを有する。よって、受光面51a、52bにより、光ビーム28IIが入射するxy座標が測定される。そして、光ビーム28II(光ビーム28II−11)が受光面51aに入射するC1点(xC1、yC1)と、光ビーム28II(光ビーム28II−12)が受光面52aに入射するC2点(xC2、yC2)は、測定される。そして、受光面35aがz=0、受光面51aがz=ZC1、受光面52aがz=ZC2に設けられている。
よって、光ビーム28IIに対するxyz座標(xC1、yC1、ZC1)とxyz座標(xC2、yC2、ZC2)とから、受光器35の受光面35aが光ビーム28IIが入射するxy座標(xII、yII)及び受光面35aに対する入射角θIIが算出される。
そこで、受光面35aのxy座標(xII、yII)及び受光面35aに対する入射角θIIに基づいて、受光器35からの出力信号(信号電圧)を補正すればよい。
Next, a method for calculating the xyz coordinates (x II , y II , 0) of the
Point A is the exit point of the
Therefore, since the xyz coordinates for the light beam 28 II (x C1, y C1 , Z C1) xyz coordinates (x C2, y C2, Z C2), the light-receiving
Therefore, the output signal (signal voltage) from the
図5は、受光器35の出力信号を補正するためのルックアップテーブルの一例である。図5(a)は、入射位置(x、y)に対する補正値k(x、y)のルックアップテーブル、図5(b)は、入射角θに対する補正値m(θ)のルックアップテーブルである。
入射位置(x、y)に対する補正値k(x、y)は、受光器35の受光面35aに垂直に光が入射した場合における受光面内の感度分布を反映した値である。よって、入射位置(x、y)に対する補正値k(x、y)は、入射角θに依存しないとしている。図5(a)では、補正値k(x、y)をxに対する値であるx1、x2、…、xn、…を横に、yに対する値であるy1、y2、…、ym、…を縦に配列したマトリクスで示している。ここで、n、mは、1以上の整数である。
FIG. 5 is an example of a look-up table for correcting the output signal of the
The correction value k (x, y) for the incident position (x, y) is a value reflecting the sensitivity distribution in the light receiving surface when light is incident perpendicularly to the
入射角θに対する補正値m(θ)は、受光器35の受光面35aの入射角θに対する反射係数である。図5(b)には、θに対するθ1、θ2、…、θl、…を横に配列している。ここで、lは、1以上の整数である。反射係数は、受光器35における受光面35aの入射位置(x、y)に依存しないとしている。よって、入射角θに対する補正値m(θ)は、入射角θの関数であるとしている。
そして、入射位置(x、y)に対する補正値k(x、y)のルックアップテーブル及び入射角θに対する補正値m(θ)のルックアップテーブルは、例えば、制御部60に設けられた補正ユニット61に格納されている。
The correction value m (θ) for the incident angle θ is a reflection coefficient for the incident angle θ of the
The lookup table for the correction value k (x, y) for the incident position (x, y) and the lookup table for the correction value m (θ) for the incident angle θ are, for example, a correction unit provided in the
補正ユニット61は、図5(a)に示すルックアップテーブルから受光器35における受光面35aの入射位置(xII、yII)に対応する補正値k(xII、yII)を求める。また、図5(b)に示すルックアップテーブルから入射角θIIに対応する補正値m(θII)を求める。なお、図5(a)のルックアップテーブルにxII、yIIがない場合には、xII、yIIに最も近いx、y座標の補正値k(x、y)を用いればよい。また、線形補間などにより、xII、yIIに対応する補正値k(xII、yII)を算出してもよい。
同様に、図5(b)のルックアップテーブルに入射角θIIがない場合には、θIIに最も近いθの補正値m(θ)を用いればよい。また、線形補間などにより、θIIに対応する補正値m(θII)を算出してもよい。
そして、受光器35の出力信号(信号電圧)に、補正値k(xII、yII)及び補正値m(θII)を掛けることで、補正された出力信号(信号電圧)が得られる。
The
Similarly, when there is no incident angle θ II in the lookup table of FIG. 5B, the correction value m (θ) of θ closest to θ II may be used. Further, due to the linear interpolation, may calculate the correction value m (theta II) corresponding to theta II.
Then, a corrected output signal (signal voltage) is obtained by multiplying the output signal (signal voltage) of the
このようにすることで、受光器35への入射状態に対応した補正がなされることにより、被計測者の眼房水に関する計測の精度が向上する。
By doing in this way, the correction | amendment corresponding to the incident state to the
図6は、入射状態測定系23の変形例を説明する図である。図6(a)は、図1、図4(a)、(b)で説明した第1の実施の形態が適用される入射状態測定系23、図6(b)は、変形例、図6(c)は、他の変形例である。ここでは、眼球10及び受光器35の記載を省略している。そして、想定された光路を進む光ビーム28Iと外れた光路を進む光ビーム28IIとに分けないで説明するので、光ビーム28と表記する。以下においても、光ビーム28が通る光路毎に符号(−0、−1など)を付して説明する。また、同じ機能を有する部材には、同じ番号を付している。
FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the incident
図6(b)の変形例では、入射状態測定系23は、ビームスプリッタ41、43と受光器53、54とを備える。受光器53、54は、それぞれが例えばCCD、CMOSなどの撮像素子であって、二次元に配列された複数の受光セル(画素)から構成された受光面53a、54aを有する。ビームスプリッタ及び受光器の数は、図6(a)の第1の実施の形態が適用される入射状態測定系23と同じであるが、光路が異なる。
眼球10の角膜14のA点(図4(a)、(b)参照)から出射した光ビーム28−0は、ビームスプリッタ41により、ビームスプリッタ41の反射面で反射された光ビーム28−1とこの反射面を通過した光ビーム28−2とに分割される。
光ビーム28−1は、受光器53における受光面53aに入射する。
In the modified example of FIG. 6B, the incident
The light beam 28-0 emitted from the point A of the
The light beam 28-1 is incident on the
光ビーム28−2は、ビームスプリッタ43により、ビームスプリッタ43の反射面で反射された光ビーム28−21とこの反射面を通過した光ビーム28−22とに分割される。
光ビーム28−21は、受光器54における受光面54aに入射する。
光ビーム28−22は、不図示の受光器35における 受光面35aに入射する。
The light beam 28-2 is split by the
The light beam 28-21 is incident on the
The light beam 28-22 is incident on a
このようにしても、A点から受光器35、受光器53及び受光器54までのそれぞれの距離を異ならせれば、図4(c)に記載した状態となる。よって、受光器35の受光面35aへの入射状態(入射位置、入射角)が測定される。
Even if it does in this way, if each distance from the A point to the
なお、この変形例では、眼球10の角膜14のA点から、受光器35までの光路(図4(a)、(b)参照)に、二つのビームスプリッタ41、43が配置されるため、受光器35に到達する光量が、第1の実施の形態が適用される入射状態測定系23に比べて減少する。
なお、受光面53aが第2の受光面の他の一例であり、受光面54aが第3の受光面の他の一例である。
In this modification, since two
The
図6(c)の他の変形例では、入射状態測定系23は、ビームスプリッタ42、ミラー44、受光器51、55を備える。受光器51、55は、それぞれが例えばCCD、CMOSなどの撮像素子であって、二次元に配列された複数の受光セル(画素)から構成された受光面51a、55aを有する。そして、ミラー44は、退避可能に構成されていて、受光器35への入射状態(入射位置、入射角)の測定を行わない場合には、光路上から退避(移動)する。
In another modification of FIG. 6C, the incident
入射状態測定系23を用いる場合の光路を説明する。
眼球10の角膜14のA点(図4(a)、(b)参照)から出射した光ビーム28−0は、ミラー44により反射されて、光ビーム28−3になる。光ビーム28−3は、ビームスプリッタ42により、ビームスプリッタ42の反射面で反射された光ビーム28−31とこの反射面を通過した光ビーム28−32とに分割される。
光ビーム28−31は、受光器51の受光面51aに入射する。
光ビーム28−32は、受光器55の受光面55aに入射する。
An optical path when the incident
The light beam 28-0 emitted from the point A of the
The light beam 28-31 is incident on the
The light beam 28-32 is incident on the
このようにしても、A点から受光器35、受光器52及び受光器55までのそれぞれの距離が異なれば、図4(c)に記載した状態となる。よって、受光器35への入射状態(入射位置、入射角)が測定される。
なお、受光面55aが第3の受光面の他の一例である。
Even if it does in this way, if each distance from the A point to the
The
図6(c)の他の変形例では、ミラー44が、受光器35への入射状態(入射位置、入射角)の測定を行わない場合には、光路上から退避する。これにより、眼球10を光計測する時には、受光器35を備える受光系22には、眼球10の角膜14から出射した光が入射状態測定系23のビームスプリッタ(図6(a)、に示したビームスプリッタ41)などを通過することなく、入射する。よって、ビームスプリッタを挿入したことによる光量の低下や偏光状態の変化が抑制される。
なお、ミラー44の退避は、光路に交差する方向に移動(シフト)させるように構成してもよく、撥ね退けるように構成してもよい。
そして、他の変形例では、ミラー44を光路上から退避するとしたが、入射状態測定系23を光路上から退避させてもよい。
In another modification of FIG. 6C, when the
The retraction of the
In another modification, the
以上においては、受光器35は、受光した光ビームの強度に対応した出力信号(電圧信号)を出力するシリコンダイオードなどの受光素子(フォトディテクタ)とした。このため、入射位置を測定(検出)する機能を有しないとした。
一方、受光器51、52、53、54、55は、それぞれが例えばCCD、CMOSなどの撮像素子であって、二次元に配列された複数の受光セル(画素)の受光面51a、52a、53a、54a、55aを有し、入射位置が受光セル(画素)の位置により検出されるとした。
しかし、受光器35を、例えばCCD、CMOSなどの撮像素子であって、二次元に配列された複数の受光セル(画素)の受光面35aを有するとすれば、入射位置(図4(a)の(xII、yII))が受光セル(画素)の位置により検出される。
よって、図6(a)(図4(a)、(b)も同様)において、ビームスプリッタ42及び受光器51を用いることを要しない。同様に、図6(b)において、ビームスプリッタ41及び受光器53(又は、ビームスプリッタ43及び受光器54)を用いることを要しない。さらに、図6(c)において、ビームスプリッタ42及び受光器51を用いることを要しない。
In the above, the
On the other hand, each of the
However, if the
Therefore, it is not necessary to use the
また、以上においては、受光器35の受光面35aへの入射状態として、入射位置(x、y)と入射角θとを測定し、それぞれに対して補正するとした。しかし、入射角θの範囲が狭く、その範囲において補正値m(θ)の差が小さいなどの場合には、入射角θに対する補正を要しない。すなわち、入射状態は、入射位置のみとなる。
図7は、入射位置(x、y)を測定する入射状態測定系23を説明する図である。図7(a)は、ビームスプリッタ41を用いた入射状態測定系23、図7(b)は、ミラー44を用いた入射状態測定系23である。ここでは、眼球10及び受光器35の記載を省略している。そして、想定された光路を進む光ビーム28Iと外れた光路を進む光ビーム28IIとに分けないので、光ビーム28と表記する。以下においても、光ビーム28が通る光路毎に符号(−0、−1など)を付して説明する。また、同じ機能を有する部材には、同じ番号を付している。
ここでは、受光器35は、入射位置を検出(測定)する機能を有しない受光面35aのシリコンダイオードなどの受光素子(フォトディテクタ)であるとする。
In the above description, the incident position (x, y) and the incident angle θ are measured as the incident state on the
FIG. 7 is a diagram illustrating an incident
Here, it is assumed that the
図7(a)に示すビームスプリッタ41を用いた入射状態測定系23は、ビームスプリッタ41及び検出器56を備える。
眼球10の角膜14におけるA点(図4(a)、(b)参照)から出射した光ビーム28−0は、ビームスプリッタ41により、ビームスプリッタ41の反射面で反射された光ビーム28−1とこの反射面を通過した光ビーム28−2とに分割される。
光ビーム28−1は、受光器56の受光面56aに入射する。
光ビーム28−2は、不図示の受光器35の受光面35aに入射する。
The incident
The light beam 28-0 emitted from the point A in the
The light beam 28-1 is incident on the
The light beam 28-2 is incident on a
ここで、光ビーム28−1の光路長と光ビーム28−2の光路長とが等しければ、受光面56aへの光ビーム28−1の入射位置が、受光器35への光ビーム28−2の入射位置になる。なお、光ビーム28−1の光路長とは、ビームスプリッタ41における光ビーム28−0(光ビーム28−1と光ビーム28−2とへの)分岐点から受光面56aまでの距離である。また、光ビーム28−2の光路長とは、ビームスプリッタ41における光ビーム28−0(光ビーム28−1と光ビーム28−2とへの)分岐点から受光面35aまでの距離である。
Here, if the optical path length of the light beam 28-1 is equal to the optical path length of the light beam 28-2, the incident position of the light beam 28-1 on the
図7(b)に示すミラー44を用いた入射状態測定系23は、ミラー44及び検出器56を備える。そして、ミラー44は、退避可能に構成されていて、受光器35への入射状態(入射位置)の測定を行わない場合には、光路上から退避させる。退避は、光路に交差する方向に移動(シフト)させるように構成してもよく、撥ね退けるように構成してもよい。
入射状態測定系23を用いる場合の光路を説明する。
眼球10の角膜14のA点(図4(a)、(b)参照)から出射した光ビーム28−0は、ミラー44により反射されて、光ビーム28−3になる。
光ビーム28−3は、受光器56の受光面56aに入射する。
なお、ミラー44を退避させた場合、光ビーム28−0は、受光器35の受光面35aに入射する。
そして、図7(a)、(b)に示したように受光器35の受光面35aへの入射位置(x、y)を補正する場合、図5(a)に示した補正値k(x、y)を用いればよい。
The incident
An optical path when the incident
The light beam 28-0 emitted from the point A of the
The light beam 28-3 is incident on the
When the
When the incident position (x, y) on the
なお、眼球10の角膜14のA点(図4(a)、(b)参照)が既知であれば、図7(a)、(b)に示す構成により、受光器35の受光面35aへの入射角θも測定される。この場合、光ビーム28−1の光路長と光ビーム28−2の光路長とを等しくすることを要しない。
ここで、受光器56の受光面56aは、第2の受光面の他の一例である。
If the point A (see FIGS. 4A and 4B) of the
Here, the
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、入射状態測定系23によって測定した入射状態(入射位置、入射角)に対して、ルックアップテーブルを用いて、計測データを補正した。
第2の実施の形態では、入射状態測定系23によって測定した入射状態(入射位置、入射角)に基づいて、受光器35の予め定められた入射位置に予め定められた入射角で入射するように、光路を補正する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the measurement data is corrected using the lookup table for the incident state (incidence position, incident angle) measured by the incident
In the second embodiment, based on the incident state (incident position, incident angle) measured by the incident
図8は、第2の実施の形態が適用される眼球の光計測装置1を説明する図である。ここでは、第1の実施の形態が適用される眼球の光計測装置1との違いを説明するため、眼球10の光計測装置1の光学系20(図1参照)において、光照射系21(図1参照)のミラー29、入射状態測定系23、受光系22(図1参照)の受光器35を示している。他の構成は、図1に示した第1の実施の形態と同様である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an
ここでは、光学系20を設定した際に想定した光路(予め定められた光路)を通過する光ビーム28Iと、想定した光路から外れた光路を通過する光ビーム28IIとを示している。なお、光ビーム28Iの受光器35への入射位置(x、y)は座標(xI(0)、yI(0))、入射角θがθI(0)である。
Here, a
ここで、光ビーム28が光ビーム28IIであったとする。すると、入射状態測定系23は、受光器35上の入射位置(x、y)が座標(xII、yII)、入射角が入射角θIIと計測する。
すると、制御部60における補正ユニット61は、ミラー29の光ビーム28IIに対する角度(入射角)、及び、受光器35における受光面35aの光ビーム28IIに対する入射位置と入射角とを調整して、光ビーム28IIが光ビーム28Iの状態になるようする。すなわち、光ビーム28IIの受光器35の受光面35aへの入射位置(x、y)を座標(xII(0)、yII(0))、入射角θをθII(0)とする。
Here, it is assumed that the
Then, the
なお、ミラー29は、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などで構成され、反射面が可動することで光ビーム28に対する入射角が変更できるものがよい。
また、受光器35は、xy方向に移動可能で、且つ、xy方向の傾斜角ηが可変な4軸ステージに搭載されていることがよい。例えば、入射位置(x、y)に基づいて、xy方向の位置を設定し、入射角θに基づいて、ステージのx方向の傾斜角ηxとy方向の傾斜角ηyとを設定すればよい。
このようにすることで、出力信号(信号電圧)は、受光器35の受光面35aにおける受光感度のxy面内における分布や、入射角θの影響を受けない。
The
The
By doing so, the output signal (signal voltage) is not affected by the distribution of the light receiving sensitivity in the
なお、第2の実施の形態に、第1の実施の形態で説明した変形例などを適用してもよい。また、第2の実施の形態において、第1の実施の形態で説明した入射角度を測定しないようにしてもよい。 Note that the modifications described in the first embodiment may be applied to the second embodiment. In the second embodiment, the incident angle described in the first embodiment may not be measured.
さらに、第1の実施の形態及び第2の実施の形態における眼球の光計測装置1では、眼球10の角膜14を介して前眼房13の眼房水に光を通過させて、眼房水に含まれる光学活性物質であるグルコースの濃度を算出するとした。
この眼球の光計測装置1は、眼房水に含まれる他の光学活性物質の濃度の算出に適用しうる。さらに、眼房水に含まれる複数の光学活性物質の濃度を分離して算出しうる。
Furthermore, in the eyeball
This eyeball
また、眼球の光計測装置1は、複屈折性や旋光性などの光学特性が異なる複数の部材に光を通過させて、含まれる光学活性物質の濃度を算出する場合にも適用しうる。
The eyeball
本開示は上記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。 The present disclosure is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present disclosure.
1…眼球の光計測装置、10…眼球、11…ガラス体、12…水晶体、13…前眼房、14…角膜、15…瞳孔、16…網膜、20…光学系、21…光照射系、22…受光系、23…入射状態測定系、25…光源、27…偏光子、28…光ビーム、31…補償子、33…検光子、35…受光器、41、42、43…ビームスプリッタ、44…ミラー、51、52、53、54、55…受光器、60…制御部、61…補正ユニット、70…算出部、αM…旋光度、θ…入射角、λ…波長
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記眼球の前記前眼房を通過した光ビームを受光する第1の受光面を有する受光手段と、
前記眼球と前記受光手段との間に当該眼球の前記前眼房を通過した光ビームの少なくとも一部を受光可能に設けられ、当該光ビームの入射位置が測定可能な第2の受光面を有する測定手段と
を備える眼球の光計測装置。 A light irradiation means for irradiating a light beam toward the anterior chamber of the subject's eyeball;
A light receiving means having a first light receiving surface for receiving a light beam that has passed through the anterior chamber of the eyeball;
A second light receiving surface is provided between the eyeball and the light receiving means so as to be capable of receiving at least a part of the light beam that has passed through the anterior chamber of the eyeball and capable of measuring an incident position of the light beam. An optical measurement device for an eyeball comprising a measuring means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016214606A JP2018068838A (en) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Optical measurement device of eyeball |
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