JP2023138757A - 超音波眼圧計、および、超音波アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 被検眼に対して超音波を適正に照射できる。【解決手段】 超音波を用いて被検眼の眼圧を測定する超音波眼圧計であって、超音波を発生させる超音波素子と、前記超音波素子から発生した超音波を伝搬するソノトロードと、を有し、前記被検眼に対して超音波を照射する超音波アクチュエータを備え、前記超音波アクチュエータは、ランジュバン型であり、前記ソノトロードは、超音波の音軸方向に前記ソノトロードの肉厚が変化する凹凸部を備えることを特徴とする。【選択図】 図３

Description

本開示は、超音波を用いて被検眼の眼圧を測定する超音波眼圧計、および超音波を放射する超音波アクチュエータに関する。

非接触式眼圧計としては、未だ空気噴射式眼圧計が一般的である。空気噴射式眼圧計は、角膜に空気を噴射したときの角膜の変形状態と、角膜に噴射される空気の空気圧とを検出することによって、所定の変形状態における空気圧を眼圧に換算していた。

また、非接触式眼圧計としては、超音波を用いて眼圧を測定する超音波眼圧計が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の超音波眼圧計は、角膜に超音波を照射したときの角膜の変形状態と、角膜に照射される超音波の放射圧とを検出することによって、所定の変形状態における放射圧を眼圧に換算するものである。

また、超音波眼圧計としては、角膜からの反射波の特性（振幅、位相）と眼圧との関係に基づいて眼圧を計測する装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開平５－２５３１９０ 特開２００９－２６８６５１

しかしながら、従来の超音波眼圧計では、被検眼の角膜に対して超音波を適正に照射することができていなかった。例えば、特許文献１の眼圧計では、角膜に対して超音波を適正に照射できず、実際に角膜を扁平または陥没させることはできなかった。また、例えば、特許文献２の眼圧計では、角膜に対して超音波を適正に照射できず、反射波の特性を充分に検出できなかった。

本開示は、従来の問題点を鑑み、被検眼に対して超音波を適正に照射できる超音波眼圧計、および超音波アクチュエータ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、本開示は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１） 超音波を用いて被検眼の眼圧を測定する超音波眼圧計であって、
超音波を発生させる超音波素子と、前記超音波素子から発生した超音波を伝搬するソノトロードと、を有し、前記被検眼に対して超音波を照射する超音波アクチュエータを備え、
前記超音波アクチュエータは、ランジュバン型であり、
前記ソノトロードは、超音波の音軸方向に前記ソノトロードの肉厚が変化する凹凸部を備えることを特徴とする超音波眼圧計。
（２） 超音波を放射する超音波アクチュエータであって、
超音波を発生させる超音波素子と、
前記超音波素子から発生した超音波を伝搬するソノトロードと、を備え、
前記超音波アクチュエータは、ランジュバン型であり、
前記ソノトロードは、超音波の音軸方向に前記ソノトロードの肉厚が変化する凹凸部を備えることを特徴とする。

図１は、超音波眼圧計の外観図である。 図２は、筐体内部を示す概略図である。 図３は、超音波アクチュエータの構成を示す概略断面図である。 図４は、超音波アクチュエータの一部を拡大した断面図である。 図５Ａは、ソノトロードの円筒断面を示す図である。 図５Ｂは、ソノトロードの円筒断面を示す図である。 図６は、超音波アクチュエータの構成を示す概略断面図である。 図７Ａは、凹凸部を示す図である。 図７Ｂは、凹凸部を示す図である。 図８は、ソノトロードの一部を示す図である。 図９は、ソノトロードの一部を示す図である。 図１０は、制御系を示すブロック図である。

＜第１実施形態＞
以下、本開示に係る第１実施形態について説明する。第１実施形態の超音波眼圧計は、超音波を用いて被検眼の眼圧を測定する。超音波眼圧計は、例えば、超音波アクチュエータ（例えば、超音波アクチュエータ１００）を備える。超音波アクチュエータは、被検眼に対して超音波を照射する。超音波アクチュエータは、例えば、超音波素子（例えば、超音波素子１１０）と、ソノトロード（例えば、ソノトロード１３１）と、を備える。超音波素子は、超音波を発生させる。ソノトロードは、超音波素子から発生した超音波を伝搬する。ソノトロードは、凹凸部（例えば、凹凸部１８０）を備える。凹凸部は、超音波の音軸方向（超音波の進行方向、超音波素子の振動方向、超音波の放射方向、超音波眼圧計の前後方向）にソノトロードの肉厚が変化する部分から構成される。このように、本実施形態の超音波眼圧計は、ソノトロードが凹凸部を備えることによって、超音波の振幅を増幅して、より効率的に超音波を放射することができる。

なお、ソノトロードは、開口部（例えば、開口部１０１）を備えてもよい。開口部は、例えば、超音波の音軸方向に開口する。この場合、凹凸部は、ソノトロードの外面および内面の少なくともいずれかに設けられてもよい。例えば、ソノトロードの外面は、ソノトロードの超音波の出力面（被検眼側）を正面としたときのソノトロードの側面である。ソノトロードの内面は、例えば、開口部の内側におけるソノトロードの内壁面である。つまり、ソノトロードは中空円筒状に形成されており、ソノトロードの外周壁面と内周壁面の両方に凹凸部が設けられてもよいし、どちらか一方の壁面に凹凸部が設けられてもよい。開口部には、例えば、被検眼を観察するための観察光学系、または被検眼の測定を行う測定光学系の光軸等が配置されてもよい。したがって、開口部を介して被検眼の観察または測定などが行われてもよい。つまり、本実施形態の超音波眼圧計は、開口部に光軸が配置された光学系を有してもよい。

なお、凹凸部は、厚肉部（例えば、厚肉部１８１）と薄肉部（例えば、薄肉部１８２）とを備えてもよい。薄肉部は、厚肉部よりもソノトロードの肉厚が薄い。凹凸部には、厚肉部と薄肉部とが音軸方向に沿って交互に形成されている。このため、厚肉部と薄肉部の肉厚の差によって凹凸が形成される。また、厚肉部と薄肉部との間に曲率部（例えば、曲率部１８３）が設けられてもよい。曲率部は、例えば、曲面で形成される。これによって、厚肉部と薄肉部との間が連続面となり、厚肉部から薄肉部へと効率よく超音波を伝搬させることができる。

なお、凹凸部を構成する厚肉部と薄肉部の対の音軸方向に沿った長さは、超音波素子から発生した超音波の1/2波長の整数倍に等しくてもよい。これによって、超音波アクチュエータが共振し易くなり、より効率的に超音波を伝搬させることができる。

なお、凹凸部を構成する厚肉部と薄肉部の対は、1/2波長の整数倍の間隔で複数設けられてもよい。これによって、超音波アクチュエータの振動モードが単一モード（１次振動モード、単振動モード）に近づき、効率よく音圧を上昇される。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の超音波眼圧計は、第１実施形態と同様に、超音波を用いて被検眼の眼圧を測定する。第２実施形態の超音波眼圧計（例えば、超音波眼圧計１）は、例えば、超音波アクチュエータ（例えば、超音波アクチュエータ１００）を備える。超音波アクチュエータは被検眼に対して超音波を照射する。超音波アクチュエータは、超音波素子（例えば、超音波素子１１０）と、ソノトロード（例えば、ソノトロード１３１）を備える。

超音波素子は、超音波を発生させる。ソノトロードは、超音波素子から発生した超音波を伝搬する。ソノトロードは、照射面（例えば、照射面１８４）と、開口部（例えば、開口部１０１）と、を備える。照射面は、例えば、被検眼に対向する面である。例えば、超音波素子から発生した超音波は、ソノトロードを伝搬し、照射面から空気中に出力される。開口部は、例えば、超音波の音軸方向に開口する。ソノトロードは、超音波素子から発生した超音波が照射面に到達するまでの伝搬距離が、ソノトロードの外面と内面とで略同一となるように形成される。これによって、照射面における超音波の波面が揃い、超音波の波面が照射面に対して平行に入射するようになる。このため、超音波アクチュエータの振動モードが単一モードとなり、照射面から出力した超音波が効率的に空気中を伝搬する。なお、伝搬距離は、ソノトロードの外面と内面とで厳密に一致していなくてもよい。

なお、ソノトロードは、伝搬距離調整部（例えば、内溝部１８５、外溝部１８６）を備えてもよい。伝搬距離調整部は、ソノトロードの外面と内面と、で伝搬距離の差が小さくなるように設けられる。例えば、伝搬距離調整部は、ソノトロードの外面と内面とで伝搬距離が一致するように設けられる。これによって、照射面における超音波の波面が揃う。伝搬距離調整部は、ソノトロードの外面と内面との両方に設けられてもよいし、片方だけに設けられてもよい。

なお、伝搬距離調整部は、曲面を有する溝部であってもよい。超音波が溝部に沿って伝搬することによって、超音波の伝搬距離を増やすことができる。これによって、超音波の伝搬距離が調整され、照射面における超音波の波面が揃う。

なお、照射面は、音軸の中心に向けて超音波素子側に傾斜してもよい。すなわち、照射面は、開口部の中央に向けて超音波素子側に傾斜してもよい。これによって、超音波を被検眼に向けて収束させることができる。なお、照射面は、曲率を持っていてもよい。例えば、照射面は、傾斜した曲面であってもよい。

なお、第１実施形態および第２実施形態における超音波アクチュエータは、ランジュバン型であってもよい。ランジュバン型の超音波アクチュエータは、例えば、超音波素子をマス部材で挟み込んだ形状である。これによって、ランジュバン型の超音波アクチュエータは高い出力を得ることができる。

なお、第１実施形態および第２実施形態における超音波アクチュエータは、眼圧計だけでなく、他の分野に用いられてもよい。例えば、皮膚科等の眼科以外の医療機器に用いられてもよい。高出力の超音波を利用する機器に用いられてもよい。

＜実施例＞
以下、本開示に係る実施例について説明する。本実施例の超音波眼圧計は、例えば、超音波を用いて非接触にて被検眼の眼圧を測定する。超音波眼圧計は、例えば、被検眼に超音波を照射したときの被検眼の形状変化または振動等を、光学的または音響的に検出することで眼圧を測定する。例えば、超音波眼圧計は、角膜へパルス波またはバースト波を連続的に照射し、角膜が所定形状に変形したときの超音波の出力情報等に基づいて眼圧を算出する。出力情報とは、例えば、超音波の音圧、音響放射圧、照射時間（例えば、トリガ信号が入力されてからの経過時間）、または周波数等である。なお、被検眼の角膜を変形させる場合、例えば、超音波の音圧、音響放射圧、または音響流等が用いられる。

図１は、超音波眼圧計の外観を示している。超音波眼圧計１は、例えば、基台２と、筐体３と、顔支持部４と、駆動部５等を備える。筐体３の内部には、後述する超音波アクチュエータ１００と、光学ユニット２００等が配置される。顔支持部４は、被検眼の顔を支持する。顔支持部４は、例えば、基台２に設置される。駆動部５は、例えば、アライメントのために基台２に対して筐体３を移動させる。

図２は、筐体内部の主な構成の概略図である。筐体３の内部には、例えば、超音波アクチュエータ１００と、光学ユニット２００等が配置される。超音波アクチュエータ１００と、光学ユニット２００について、図２を用いて順に説明する。

超音波アクチュエータ１００は、例えば、超音波を被検眼Ｅに照射する。例えば、超音波アクチュエータ１００は、角膜に対して超音波を照射し、角膜に音響放射圧を発生させる。音響放射圧は、例えば、音波の進む方向に働く力である。本実施例の超音波眼圧計１は、例えば、この音響放射圧を利用して、角膜を変形させる。なお、本実施例の超音波ユニットは、円筒状であり、中央の開口部１０１に、後述する光学ユニット２００の光軸Ｏ１が配置される。

本実施例の超音波アクチュエータ１００は、いわゆるランジュバン型振動子である。図３に示すように、超音波アクチュエータ１００は、例えば、超音波素子１１０、電極１２０、マス部材１３０、および締付部材１６０等を備える。超音波素子１１０は、超音波を発生させる。超音波素子１１０は、電圧素子（例えば、圧電セラミックス）、または磁歪素子等であってもよい。本実施例の超音波素子１１０はリング状である。例えば、超音波素子１１０は複数の圧電素子が積層されたものでもよい。図4は、図３の領域Ａ１を拡大した図である。本実施例では、図４に示すように、超音波素子１１０は積層された２つの圧電素子（例えば、圧電素子１１１、圧電素子１１２）が用いられる。例えば、２つの圧電素子には、それぞれ電極１２０（電極１２１,電極１２２）が接続される。本実施例の電極１２１,電極１２２は、例えば、リング状である。

マス部材１３０は、例えば、超音波素子１１０を挟む。マス部材１３０は、超音波素子１１０を挟み込むことによって、例えば、超音波素子１１０の引っ張り強度を強くし、強い振動に耐えられるようにする。これによって、高出力の超音波を発生させることができる。マス部材１３０は、例えば、金属ブロックであってもよい。例えば、マス部材１３０は、ソノトロード（ホーン、またはフロントマスともいう）１３１と、バックマス１３２等を備える。

ソノトロード１３１は、超音波素子１１０の前方（被検眼側）に配置されたマス部材である。ソノトロード１３１は、超音波素子１１０から発生した超音波を伝搬し、増幅させる。本実施例のソノトロード１３１は、中空円筒状（中空円柱状）である。ソノトロード１３１の内円側には、一部に雌ねじ部１３３が形成される。雌ねじ部１３３は、後述する締付部材１６０に形成された雄ねじ部１６１と螺合する。

本実施例のソノトロード１３１は、不均一な厚さを有する中空円筒である。例えば、ソノトロード１３１は、中空円筒の音軸Ｏ１方向（長手方向）に関して外径と内径が変化する形状である。例えば、図３のように、厚肉部１８１と薄肉部１８２を含む凹凸部１８０を備える。図５Ａは、厚肉部１８１を音軸方向に対して垂直に切断したときの断面を示す。図５Ｂは、薄肉部１８２を音軸方向に対して垂直に切断したときの断面を示す。厚肉部１８１は、外径φａ、内径φｂである。薄肉部１８２は、外径φｃ、内径φｄである。厚肉部１８１の外径φａは、薄肉部１８２の外径φｃよりも大きく、厚肉部１８１の内径φｂは、薄肉部１８２の内径φｄよりも小さい。また、厚肉部１８１の中空円筒の断面積Ｍ１は、薄肉部１８２の中空円筒の断面積Ｍ２よりも大きい。

厚肉部１８１と、薄肉部１８２は、超音波素子１１０から発生した超音波を増幅させる。例えば、超音波が厚肉部１８１から薄肉部１８２に伝搬するときに超音波が増幅される。これは、ホーン効果によるものである。例えば、一定流量の水が太いパイプから細いパイプに流れるとき、細いパイプ内の流速が大きくなるのと同様である。このときの振幅増幅率は、厚肉部１８１の断面積Ｍ１と薄肉部１８２の断面積Ｍ２との面積比（Ｍ１／Ｍ２）で与えられる。

なお、図６に示すように、凹凸部１８０を構成する厚肉部１８１と薄肉部１８２の対は、超音波アクチュエータの端面（照射面１８４または、後面）から音軸方向に沿って、超音波素子１１０から発生した超音波の1/2波長の整数倍の間隔で設けられる。これによって、超音波アクチュエータ１００が共振し易くなり、より効率的に超音波を伝搬させることができる。また、厚肉部１８１と薄肉部１８２は、それぞれ超音波の波長λの４分の１の間隔で配置される。例えば、図６に示すように、厚肉部１８１ａの音軸方向の長さは、1/4λである。厚肉部１８１ａに隣接する薄肉部１８２ａの音軸方向の長さも1/4λである。同様に、厚肉部１８１ｂ、薄肉部１８２ｂ、および厚肉部１８１ｃの音軸方向の長さも1/4λである。このように、厚肉部１８１と薄肉部１８２が1/4λ間隔で設けられることによって、超音波アクチュエータ１００の振動モードが単一モードとなり易い。これによって、超音波アクチュエータ１００の全体が効率よく振動し、高い音圧を発生させることができる。

また、本実施例の厚肉部１８１と薄肉部１８２は、1/4波長の間隔で複数設けられる。つまり、凹凸部１８０には、厚肉部１８１と薄肉部１８２の対が1/2波長間隔で複数設けられる。この場合、超音波素子１１０によって発生した超音波は、厚肉部１８１ａから薄肉部１８２ａに伝搬し、その後、厚肉部１８１ｂ、薄肉部１８２ｂ、厚肉部１８１ｃの順に、厚肉部１８１と薄肉部１８２を交互に伝搬する。このように、厚肉部１８１と薄肉部１８２をそれぞれ複数設けることによって、振動モードがより単一モードに近づき、効率よく音圧を上昇させることができる。また、複数の厚肉部１８１と複数の薄肉部１８２によって、超音波の増幅が繰り返され、より音圧を高めることができる。

なお、複数の厚肉部１８１（例えば、厚肉部１８１ａ、厚肉部１８１ｂ、厚肉部１８１ｃ）と複数の薄肉部１８２（例えば、薄肉部１８２ａ、薄肉部１８２ｂ）において、厚肉部同士または薄肉部同士で内径と外径は同一であっても、異なる内径または外径であってもよい。

なお、断面積Ｍ１が大きい厚肉部１８１から、断面積Ｍ２が小さい薄肉部１８２へと超音波が入射する部分は、曲率部１８３が設けられる。曲率部１８３は、例えば、曲面（曲率を有する形状）である。図３の例の場合、厚肉部１８１ａと薄肉部１８２ａとの間に曲率部１８３ａおよび曲率部１８３ｂが設けられる。曲率部１８３ａはソノトロード１３１の外面に設けられ、曲率部１８３ｂはソノトロード１３１の内面に設けられる。同様に、厚肉部１８１ｂと薄肉部１８２ｂとの間に曲率部１８３ｃおよび曲率部１８３ｄが設けられる。曲率部１８３ｃはソノトロード１３１の外面に設けられ、曲率部１８３ｄはソノトロード１３１の内面に設けられる。例えば、曲率部１８３は、厚肉部１８１と薄肉部１８２との間の径の変化が連続的になるような曲面で形成される。

仮に、図７Ａのように、厚肉部１８１と薄肉部１８２との間に曲率部１８３がない場合、厚肉部１８１を音軸Ｑ１方向に伝搬してきた超音波が薄肉部１８２によって進行方向とは逆方向に反射してしまう。しかしながら、図７Ｂの本実施例のように、厚肉部１８１と薄肉部１８２との間に曲率部１８３が設けられる場合、厚肉部１８１を音軸Ｑ１方向に伝搬してきた超音波が薄肉部１８２で反射することが抑制され、より効率的に薄肉部１８２へと超音波を伝搬させることができる。

上記のように、厚肉部１８１と薄肉部１８２のような凹凸部をソノトロードに設けることによって、厚肉部１８１から薄肉部１８２に伝搬される超音波の振幅が増幅され、超音波がより効率的に照射面１８４から空気中へと伝搬される。これによって、眼圧を測定するために十分な出力の超音波を被検眼に照射することができる。また、曲率部１８３を設けて、厚肉部１８１と薄肉部１８２との間で曲率を持たせることによって、厚肉部１８１から薄肉部１８２へとスムーズに超音波を伝搬させることができる。

なお、本実施例のソノトロード１３１は、超音波を収束させる形状を有する。例えば、ソノトロード１３１の照射面（被検眼側の端面）１８４は、開口部１０１の中央（音軸Ｑ１）に向けて超音波素子１１０側に傾斜した形状である。例えば、照射面１８４はテーパ形状である。照射面１８４は、曲率を持つ傾斜面であってもよい。また、照射面１８４は、超音波アクチュエータ１００の作動距離を半径とする球面形状であってもよい。照射面１８４が傾斜していることによって、照射面１８４から出射した超音波が目標位置に収束し、大きな音圧が発生する。

ソノトロード１３１の照射面１８４が傾斜している場合、超音波素子１１０からの超音波が照射面１８４に到達するまでの時間が、ソノトロード１３１の外面（外周円側）と内面（内周円側）とで異なる。例えば、ソノトロード１３１の外面を伝搬する超音波は、内面を伝搬する超音波よりも伝搬経路が長いため、内面を伝搬する超音波よりも遅れて照射面１８４に到達する。したがって、照射面１８４の外側と内側とで超音波の波面がずれ、照射面１８４において複雑な振動モードとなる。これによって、超音波が空気中に伝搬し難い状態となってしまう。

図８は照射面１８４へ入射する超音波の波面の様子を示す。超音波の波面が超音波素子１１０に対して垂直に伝搬し、そのまま照射面１８４に入射すると、超音波の波面が照射面１８４に対して斜めに入射することになる。つまり、超音波の同じ波面が照射面１８４に到達するまでに内面側と外面側とで時間差ができてしまい、超音波による照射面１８４の変位が場所によって変化してしまう。これによって、照射面１８４は十分な変位量が得られず、効率よく超音波が放射されない。

このため、本実施例のソノトロード１３１は、図９に示すように、内溝部１８５と、外溝部１８６を備える。内溝部１８５は、ソノトロード１３１の開口部１０１の内側に形成された溝である。外溝部１８６は、ソノトロード１３１の外側に形成された溝である。内溝部１８５の沿面距離と外溝部１８６の沿面距離には差がある。ここで、沿面距離とは、例えば、ソノトロード１３１の外面または内面に沿った音軸Ｑ１方向の距離である。例えば、内溝部１８５は、外溝部１８６よりも肉厚方向に深く切り込まれているため、内溝部１８５の沿面距離は、外溝部１８６の沿面距離より長くなっている。内溝部１８５と外溝部１８６との沿面距離の差は、超音波の波面を照射面１８４と平行にするために用いられる。

超音波の波面が照射面１８４と平行になる条件を式（１）に示す。
Lin=Lout …（１）

つまり、内側の沿面距離Ｌｉｎと外側の沿面距離Ｌｏｕｔが等しくなると、超音波の波面が照射面１８４と平行になる。式（１）を満たすために、例えば、内溝部１８５と外溝部１８６との各溝の深さは、照射面１８４が傾斜することによって生じる内面側と外面側との沿面距離の差を相殺するように設定される。これによって、照射面１８４の振動モードが単一モードとなり、超音波を効率的に空気中に伝搬させることができる。

上記のように、本実施例の超音波眼圧計１は、互いに沿面距離の異なる内溝部１８５と、外溝部１８６を備えることによって、照射面１８４が傾斜している場合であっても、照射面１８４に対して超音波の波面を平行にすることができる。これによって、超音波を被検眼に対して収束させるだけでなく、照射面１８４の振動モードが単一モードとなることで、空気に対する超音波の伝搬効率または出射効率が改善され、角膜を充分に変形できる音圧（または音響放射圧）を発生させることができる。

バックマス１３２は、超音波素子１１０の後方に配置されたマス部材である。バックマス１３２は、ソノトロード１３１とともに超音波素子１１０を挟み込む。これによって、バックマス１３２は、超音波素子１１０とソノトロード１３１を結合させる。バックマス１３２は、例えば、円筒状である。バックマス１３２の内円部には、一部に雌ねじ部１３４が形成される。雌ねじ部１３４は、後述する締付部材１６０の雄ねじ部１６１と螺合する。また、バックマス１３２はフランジ部１３５を備える。フランジ部１３５は、装着部４００によって保持される。

締付部材１６０は、例えば、マス部材１３０と、マス部材１３０に挟み込まれる超音波素子１１０と、を締め付ける。締付部材１６０は、例えば、中空ボルトである。締付部材１６０は、例えば、円筒状であり、外円部に雄ねじ部１６１を備える。締付部材１６０の雄ねじ部１６１は、ソノトロード１３１およびバックマス１３２の内側に形成された雌ねじ部１３３，１３４と螺合する。ソノトロード１３１とバックマス１３２は、締付部材１６０によって、互いに引き合う方向に締め付けられる。これによって、ソノトロード１３１とバックマス１３２との間に挟まれた超音波素子１１０が締め付けられ、圧力が負荷される。

なお、超音波アクチュエータ１００は、絶縁部材１７０を備えてもよい。絶縁部材１７０は、例えば、電極１２０または超音波素子１１０などが締付部材１６０に接触することを防ぐ。絶縁部材１７０は、例えば、電極１２０と締付部材１６０との間に配置される。絶縁部材１７０は、例えば、スリーブ状である。

なお、図６に示すように、ソノトロード１３１の厚肉部１８１、薄肉部１８２およびバックマス１３２を含む超音波アクチュエータ１００全体の構造は、超音波素子１１０から発生する超音波の波長λの２分の１を基準とする長さで設けられる。例えば、超音波アクチュエータ１００の全長は1/2λの整数倍に設定される。これは、超音波アクチュエータ１００の両端で振動振幅が大となる1/2波長共振の振動を音軸Ｑ１方向に発生させるためである。このように、1/2λを基準とする形状にすることによって、超音波アクチュエータ１００全体が効率よく振動し、高い音圧を発生させる。これによって、超音波アクチュエータ１００は、角膜を所定形状に変形させるのに十分な出力の超音波を被検眼に照射することができる。

なお、ソノトロード１３１、超音波素子１１０、バックマス１３２の音軸Ｑ１方向の長さは、音速（振動の媒質を伝わる波の速さ）または形状による伝搬経路長が1/2λとなるように考慮される。

なお、ソノトロード１３１とバックマス１３２は、互いに異なる素材によって形成されてもよい。例えば、バックマス１３２は、ソノトロード１３１の素材よりも剛性の高い素材で形成されてもよい。例えば、本実施例では、より柔らかい素材であるチタンがソノトロード１３１に用いられ、チタンよりも剛性が高い素材のスチールがバックマス１３２に用いられる。チタンは音響損失が低いため、超音波アクチュエータ１００の全体的なＱ値が増加する。ソノトロード１３１とバックマス１３２とで異なる素材を用いることによって、超音波アクチュエータ１００のＱ値が増加するとともに、各部の振動が同期し易くなる。したがって、超音波アクチュエータ１００がより高い音圧を出力できるようになる。Q値が高いほど、振動モードは単一モードに近づく。したがって、超音波をより効率的に伝搬させることができる。

＜光学ユニット＞
光学ユニット２００は、例えば、被検眼の観察、または測定等を行う（図２参照）。光学ユニット２００は、例えば、対物系２１０、観察系２２０、固視標投影系２３０、指標投影系２５０、変形検出系２６０、ダイクロイックミラー２０１、ビームスプリッタ２０２、ビームスプリッタ２０３、およびビームスプリッタ２０４等を備える。

対物系２１０は、例えば、光学ユニット２００に筐体３の外からの光を取り込む、または光学ユニット２００からの光を筐体３の外に照射するための光学系である。対物系２１０は、例えば、光学素子を備える。対物系２１０は、光学素子（対物レンズ、リレーレンズなど）を備えてもよい。

照明光学系２４０は、被検眼を照明する。照明光学系２４０は、例えば、被検眼を赤外光によって照明する。照明光学系２４０は、例えば、照明光源２４１を備える。照明光源２４１は、例えば、被検眼の斜め前方に配置される。照明光源２４１は、例えば、赤外光を出射する。照明光学系２４０は、複数の照明光源２４１を備えてもよい。

観察系２２０は、例えば、被検眼の観察画像を撮影する。観察系２２０は、例えば、被検眼の前眼部画像を撮影する。観察系２２０は、例えば、受光レンズ２２１および受光素子２２２等を備える。観察系２２０は、例えば、被検眼によって反射した照明光源２４１からの光を受光する。観察系は、例えば、光軸Ｏ１を中心とする被検眼からの反射光束を受光する。例えば、被検眼からの反射光は、超音波アクチュエータ１００の開口部１０１を通り、対物系２１０および受光レンズ２２１を介して受光素子２２２に受光される。

固視標投影系２３０は、例えば、被検眼に固視標を投影する。固視標投影系２３０は、例えば、視標光源２３１、絞り２３２、投光レンズ２３３、および絞り２３４等を備える。視標光源２３１からの光は、光軸Ｏ２に沿って絞り２３２、投光レンズ２３３、および絞り２３２等を通り、ダイクロイックミラー２０１によって反射される。ダイクロイックミラー２０１は、例えば、固視標投影系２３０の光軸Ｏ２を光軸Ｏ１と同軸にする。ダイクロイックミラー２０１によって反射された視標光源２３１からの光は、光軸Ｏ１に沿って対物系２１０を通り、被検眼に照射される。固視標投影系２３０の視標が被検者によって固視されることで、被検者の視線が安定する。

指標投影系２５０は、例えば、被検眼に指標を投影する。指標投影系２５０は、被検眼にＸＹアライメント用の指標を投影する。指標投影系２５０は、例えば、指標光源（例えば、赤外光源であってもよい）２５１と、絞り２５２と、投光レンズ２５３等を備える。指標光源２５１からの光は、光軸Ｏ３に沿って絞り２５２および投光レンズ２５３を通り、ビームスプリッタ２０２によって反射される。ビームスプリッタ２０２は、例えば、指標投影系２５０の光軸Ｏ３を光軸Ｏ１と同軸にする。ビームスプリッタ２０２によって反射された指標光源２５１の光は、光軸Ｏ１に沿って対物系２１０を通り、被検眼に照射される。被検眼に照射された指標光源２５１の光は、被検眼によって反射され、再び光軸Ｏ１に沿って対物系２１０と受光レンズ２２１等を通り、受光素子２２２によって受光される。受光素子によって受光された指標は、例えば、ＸＹアライメントに利用される。この場合、例えば、指標投影系２５０および観察系２２０は、ＸＹアライメント検出手段として機能する。

変形検出系２６０は、例えば、被検眼の角膜形状を検出する。変形検出系２６０は、例えば、被検眼の角膜の変形を検出する。変形検出系２６０は、例えば、受光レンズ２６１、絞り２６２、および受光素子２６３等を備える。変形検出系２６０は、例えば、受光素子２６３によって受光された角膜反射光に基づいて、角膜の変形を検出してもよい。例えば、変形検出系２６０は、指標光源２５１からの光が被検眼の角膜によって反射した光を受光素子２６３で受光することによって角膜の変形を検出してもよい。例えば、角膜反射光は、光軸Ｏ１に沿って対物系２１０を通り、ビームスプリッタ２０２およびビームスプリッタ２０３によって反射される。そして、角膜反射光は、光軸Ｏ４に沿って受光レンズ２６１および絞り２６２を通過し、受光素子２６３によって受光される。

変形検出系２６０は、例えば、受光素子２３６の受光信号の大きさに基づいて角膜の変形状態を検出してもよい。例えば、変形検出系２６０は、受光素子２３６の受光量が最大となったときに角膜が圧平状態になったことを検出してもよい。この場合、例えば、変形検出系２６０は、被検眼の角膜が圧平状態になったときに受光量が最大となるように設定される。

なお、変形検出系２６０は、ＯＣＴ又はシャインプルーフカメラ等の前眼部断面像撮像ユニットであってもよい。例えば、変形検出系２６０は、角膜の変形量または変形速度などを検出してもよい。

角膜厚測定系２７０は、例えば、被検眼の角膜厚を測定する。角膜厚測定系２７０は、例えば、光源２７１と、投光レンズ２７２と、絞り２７３と、受光レンズ２７４と、受光素子２７５等を備えてもよい。光源２７１からの光は、例えば、光軸Ｏ５に沿って投光レンズ２７２および絞り２７３を通り、被検眼に照射される。そして、被検眼によって反射された反射光は、光軸Ｏ６に沿って受光レンズ２７４によって集光され、受光素子２７５によって受光される。

Ｚアライメント検出系２８０は、例えば、Ｚ方向のアライメント状態を検出する。Ｚアライメント検出系２８０は、例えば、受光素子２８１を備える。Ｚアライメント検出系２８０は、例えば、角膜からの反射光を検出することによって、Ｚ方向のアライメント状態を検出してもよい。例えば、Ｚアライメント検出系は、光源２７１からの光が被検眼の角膜によって反射した反射光を受光してもよい。この場合、Ｚアライメント検出系２８０は、例えば、光源２７１からの光が被検眼の角膜によって反射してできた輝点を受光してもよい。このように、光源２７１は、Ｚアライメント検出用の光源として兼用されてもよい。例えば、角膜によって反射した光源２７１からの光は、光軸Ｏ６に沿ってビームスプリッタ２０４によって反射され、受光素子２８１によって受光される。

＜検出部＞
検出部５００は、例えば、超音波アクチュエータ１００の出力を検出する。検出部５００は、例えば、超音波センサ、変位センサ、または圧力センサ等のセンサである。超音波センサは、超音波アクチュエータ１００から発生した超音波を検出する。変位センサは、超音波アクチュエータ１００の変位を検出する。変位センサは、変位を継続的に検出することによって、超音波アクチュエータ１００が超音波を発生させるときの振動を検出してもよい。

図２に示すように、検出部５００は、超音波の照射経路Ａの外に配置される。照射経路Ａは、例えば、超音波アクチュエータ１００の前面Ｆと、超音波の照射目標Ｔｉを結ぶ領域である。検出部５００は、例えば、超音波アクチュエータ１００の側方または後方などに配置される。本実施例のように、検出部５００が側方に配置される場合、観察系２２０での被検眼の観察を行い易い。検出部５００として超音波センサが用いられる場合、検出部５００は、超音波アクチュエータ１００の側方または後方から漏れる超音波を検出する。検出部５００として変位センサが用いられる場合、検出部５００は、超音波アクチュエータ１００の側方または後方から超音波アクチュエータ１００の変位を検出する。変位センサは、例えば、超音波アクチュエータ１００にレーザ光を照射し、反射したレーザ光に基づいて超音波アクチュエータ１００の変位を検出する。検出部５００によって検出された検出信号は、制御部に送られる。

＜制御部＞
次に、図１０を用いて、制御系の構成について説明する。制御部７０は、例えば、装置全体の制御、および測定値の演算処理等を行う。制御部７０は、例えば、一般的なＣＰＵ（Central Processing Unit）７１、ＲＯＭ７２、およびＲＡＭ７３等で実現される。ＲＯＭ７２には、超音波眼圧計１の動作を制御するための各種プログラムおよび初期値等が記憶されている。ＲＡＭ７３は、各種情報を一時的に記憶する。なお、制御部７０は、１つの制御部または複数の制御部（つまり、複数のプロセッサ）によって構成されてもよい。制御部７０は、例えば、駆動部５、記憶部７４、表示部７５、操作部７６、超音波アクチュエータ１００、光学ユニット２００、および検出部５００等と接続されてもよい。

記憶部７４は、電源の供給が遮断されても記憶内容を保持できる非一過性の記憶媒体である。例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュＲＯＭ、または着脱可能なＵＳＢメモリ等を記憶部７４として使用することができる。

表示部７５は、例えば、被検眼の測定結果を表示する。表示部７５は、タッチパネル機能を備えてもよい。

操作部７６は、検者による各種操作指示を受け付ける。操作部７６は、入力された操作指示に応じた操作信号を制御部７０に出力する。操作部７６は、例えば、タッチパネル、マウス、ジョイスティック、およびキーボード等の少なくともいずれかのユーザーインターフェイスであってもよい。なお、表示部７５がタッチパネルである場合、表示部７５は、操作部７６として機能してもよい。

＜測定動作＞
以上のような構成を備える超音波眼圧計１の制御動作について説明する。まず、制御部７０は、顔支持部４に顔を支持された被検者の被検眼に対する超音波眼圧計１のアライメントを行う。例えば、制御部７０は、受光素子２２２によって取得される前眼部正面画像から指標投影系２５０による輝点を検出し、輝点の位置が所定の位置になるように駆動部５を駆動させる。もちろん、検者は、表示部７５を見ながら、操作部７６等を用いて被検眼に対するアライメントを手動で行ってもよい。制御部７０は、駆動部５を駆動させると、前眼部画像の輝点の位置が所定の位置であるか否かによってアライメントの適否を判定する。

被検眼Ｅに対するアライメント完了後、制御部７０は、角膜厚測定系２７０によって角膜厚を測定する。例えば、制御部７０は、受光素子２７５によって受光された受光信号に基づいて角膜厚を算出する。例えば、制御部７０は、受光信号に基づいて、角膜表面の反射光によるピーク値と、角膜裏面の反射光のピーク値との位置関係から角膜厚を求めてもよい。制御部７０は、例えば、求めた角膜厚を記憶部７４等に記憶させる。

続いて制御部７０は、超音波アクチュエータ１００を用いて被検眼の眼圧を測定する。例えば、制御部７０は、超音波素子１１０に電圧を印加し、被検眼Ｅに超音波を照射する。制御部７０は、例えば、超音波によって音響放射圧を生じさせることによって角膜を変形させる。そして、制御部７０は、変形検出系２６０によって角膜の変形状態を検出する。例えば、制御部７０は、受光素子２６３の受光信号に基づいて角膜が所定形状（圧平状態または扁平状態）に変形したことを検出する。

制御部７０は、例えば、被検眼の角膜が所定形状に変形したときの音響放射圧に基づいて被検眼の眼圧を算出する。被検眼に加わる音響放射圧は超音波の照射時間と相関があり、超音波の照射時間が長くなるにつれて大きくなる。したがって、制御部７０は、超音波の照射時間に基づいて、角膜が所定形状に変形したときの音響放射圧を求める。角膜が所定形状に変形するときの音響放射圧と、被検眼の眼圧との関係は、予め実験等によって求められ、記憶部７４等に記憶される。制御部７０は、角膜が所定形状に変形したときの音響放射圧と、記憶部７４に記憶された関係に基づいて被検眼の眼圧を決定する。

もちろん、眼圧の算出方法は、上記に限らず、種々の方法が用いられてもよい。例えば、制御部７０は、変形検出系２６０によって角膜の変形量を求め、変形量に換算係数を掛けることによって眼圧を求めてもよい。なお、制御部７０は、例えば、記憶部７４に記憶された角膜厚に応じて算出した眼圧値を補正してもよい。

なお、制御部７０は、被検眼によって反射した超音波に基づいて眼圧を測定してもよい。例えば、制御部７０は、被検眼によって反射した超音波の特性変化に基づいて眼圧を測定してもよいし、被検眼によって反射した超音波から角膜の変形量を取得し、その変形量に基づいて眼圧を測定してもよい。

１ 超音波眼圧計
２ 基台
３ 筐体
４ 顔支持部
５ 駆動部
７０ 制御部
１００ 超音波アクチュエータ
１１０ 超音波素子
１３１ ソノトロード
１３２ バックマス
１８０ 凹凸部
１８１ 厚肉部
１８２ 薄肉部
１８３ 曲率部
１８４ 照射面
１８５ 内溝部
１８６ 外溝部
２００ 光学ユニット
４００ 装着部
５００ 検出部

Claims (7)

1. 超音波を用いて被検眼の眼圧を測定する超音波眼圧計であって、
   超音波を発生させる超音波素子と、前記超音波素子から発生した超音波を伝搬するソノトロードと、を有し、前記被検眼に対して超音波を照射する超音波アクチュエータを備え、
   前記超音波アクチュエータは、ランジュバン型であり、
   前記ソノトロードは、超音波の音軸方向に前記ソノトロードの肉厚が変化する凹凸部を備えることを特徴とする超音波眼圧計。
2. 前記凹凸部は、前記ソノトロードの外面のみに設けられることを特徴とする請求項１の超音波眼圧計。
3. 前記凹凸部は、前記音軸方向に沿って、厚肉部と、前記厚肉部よりも前記ソノトロードの肉厚が薄い薄肉部と、を備えることを特徴とする請求項２の超音波眼圧計。
4. 前記厚肉部同士で外径は同一であることを特徴とする請求項３の超音波眼圧計。
5. 前記厚肉部と前記薄肉部との間に曲率部を備えることを特徴とする請求項１～４のいずれかの超音波眼圧計。
6. 前記厚肉部は、前記音軸方向において被検眼側の先端に位置されることを特徴とする請求項３～５のいずれかの超音波眼圧計。
7. 超音波を放射する超音波アクチュエータであって、
   超音波を発生させる超音波素子と、
   前記超音波素子から発生した超音波を伝搬するソノトロードと、を備え、
   前記超音波アクチュエータは、ランジュバン型であり、
   前記ソノトロードは、超音波の音軸方向に前記ソノトロードの肉厚が変化する凹凸部を備えることを特徴とする超音波アクチュエータ。
   
   

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