JP4782359B2 - 眼の光学的結像品質についての非接触測定システム - Google Patents

眼の光学的結像品質についての非接触測定システム Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短コヒーレンス長を持つ少なくとも1つの光インパルスを光源から眼へ送り込む干渉計によって眼の光学的結像品質を非接触で測定するためのシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、白内障手術や角膜屈折性手術など眼の水晶体および角膜領域の手術後には、眼の視覚系に、球面レンズ、非点レンズまたは円筒レンズでは修正不可能な光学的偏差、いわゆる収差が発現することがある。この収差が持つもう1つの問題は、瞳孔直径が大きくなるに連れて収差が異常に増大し、特に夜間視力が深刻なまでに制限されるという点にある。
【0003】
従って、できれば手術中にでも然るべき修正対策が打てるように、この収差を測定技術面から把握しておくことが重要になる。さらに、本来の水晶体を摘出して人工水晶体に代える白内障手術の場合では、眼の長さに適合し良好な視力を提供する適正な人工代替水晶体を選択するために、眼の長さを測定しておくことが非常に重要になる。
【0004】
眼の結像品質に関するこの測定は、眼の長さとの関係で水晶体に影響するだけでなく、収差にも影響を及ぼすため、手術中および/または手術直後に行なうべきであるが、測定品質を確保する際に組織への刺激および感染を避けるためには、非接触法、つまり眼に接触しない方法しか適用することができない。そのため、これ迄常用されていた超音波による眼の長さ測定法は、角膜上に超音波ヘッドを設置する必要があることから使用の対象にはできない。
【0005】
“Journal of Biomedical Optics(医用生体光学ジャーナル)”Vol.1、No.2/1996年4月刊、157〜173ページに掲載されているA.Fercherの論文"Optical Coherence Tomography(光コヒーレンスのトモグラフィー)”に非接触式による眼の長さ分析法についての記述がある。
【0006】
それによれば、例えばマイケルソン干渉計などの2アーム型干渉計を通じて、連続光として、あるいは少なくとも短かい光インパルスまたは波連としての光を測定対象の眼に誘導している。干渉計における両アーム長の差を、通常24mm〜28mmとされる人間の眼の想定長にほぼ一致するように予備設定することにより、センサーレベルの領域で、角膜から発せられる反射光と網膜から発せられる反射光とにより干渉を起させることができる。
【0007】
干渉計領域内の反射器は、網膜反射と角膜反射間で、所期通りの干渉パターンが現われるまで調整操作できるようになっている。それに到るまでの操作過程と初期設定値および干渉計の予備設定アーム寸法差とから、測定対象の眼の長さ、すなわち角膜表面から網膜表面までの距離を正確に推定させるデータを得ることができる。
しかしながら、上記方法では単に眼の長さそのものしか測定できないという欠点がある。
【0008】
US 5,975,699には、眼の長さおよび計算誤差を同時に計測する方法および装置が記述されている。
眼の長さおよび計算誤差を同時に計測することができるこの装置の場合、光は交差する2つの光学アームの寸法差が予じめ設定されているマイケルソン干渉計、さらにはビームスプリッタを通じて眼の内部に送り込まれる。
【0009】
その後、角膜および網膜からの反射光の一部は、測定には利用されずに当ビームスプリッタを通じて干渉計に達し、一方測定に利用されるその他の反射光は光学結像装置を経由して、スペクトル分割する格子に到達する。その後、眼の長さを求めるために、この光をスペクトル分析に基づき評価し、眼の屈折誤差または回折誤差を求め、さらに干渉計のアーム寸法差に起因する干渉によって生じる角膜反射、網膜反射間の強度差を算定する。
【0010】
上記の両方法は、視覚系の比較的大きな偏差を、測定技術上把握できないという点で共通している。さらに、検査対象の眼の光学長に相当するアーム寸法差を持つ外部干渉計が使用されるということも両方法に共通する。当干渉計の原理的特徴として、光の50%がビームスプリッタで消失する結果、導入光および反射光に強度低下が起り、そのため信号識別能力が減退するという側面がある。マイケルソン干渉計を使用する場合では、さらに評価および操作が煩雑で手間取ることになる。
【0011】
“Der Opthalmologe(眼科医)”Vol.94/1997年6月刊、441〜445ページに掲載されているP.Mierdel、H.E.Krinke、W.Wiegand、M.Kaemmerer、T.Seilerの論文"Messplatz zur Bestimmung Der monochromatischen Aberration des menschlichen Auges(人間の眼における単色収差の測定位置)”に、眼における光学偏差の分析法のことが記述されている。
【0012】
それによると、有孔マスクを通して得た光線を、網膜から少し間隔を空けて設置した集光レンズで集束させることにより、検査対象の眼の網膜領域における眼底に規則的な光点パターンを生成させる。そのようにすれば、理想眼の場合では網膜上に均一な光点パターンが現われることになる。
【0013】
それに対して、水晶体または角膜の領域に収差のある眼の場合には、網膜上の光点パターンが歪められた形になる。その場合、然るべき光学結像装置によって網膜光点パターンの中間像を生成し、カメラの対物レンズを通して感光性CCDセンサ上に結像させる。視覚系に光学収差がある場合、光点パターンの結像は歪められた形になる。この収差は数値に基づき分析することができ、その結果はゼルニケ多項式の加重ファクタリストとしてアウトプットされ、それにより「波面収差合成体」を形成することができる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
また別な方法が“J.Opt.Soc.Am.A(アメリカンアカデミー光学協会ジャーナル)”(Vol.11、No.7/1994年7月刊)に掲載されたJ.Liang、B.Grimm、S.Goelz、J.F.Billeの論文“Objective measurement of wave aberrations of The human eye with The use of A Hartmann‐Shack wave front sensor(ハルトマン・シャック・波面センサの使用による人間の眼における波動収差の客観的測定)”に記述されている。
【0015】
それによれば、導入光の反射によって、検査対象の眼の網膜領域眼底に2次光源が生成される。次に網膜反射光線束は、レンズ装置、いわゆるレンズアレーによりCCDターゲットに集束させる。正視眼、つまり理想眼または収差のない健常眼の場合、瞳孔から発する光線束は平行光線で構成されている。
正視眼の場合は、レンズアレーで集束された光線は格子状の規則的な光点パターンを呈している。視覚系に収差がある場合は、瞳孔から出てくる光の波面にブレがあるため光線束からの個別光線はその理想方向、つまり平行位置から離反する。
【0016】
従って、収差のある眼では光点パターンが正視眼における規則的パターンとは異なっている。この偏差を数値分析すれば、次にゼルニケ多項式の加重ファクタを求めることができる。
最後に挙げた2つの方法は視覚系収差測定を可能にする。しかしこれらの方法の場合、この収差測定ができるだけであって、人間の眼の長さ測定はできないという制約のあるのが欠点である。
【0017】
【課題を解決するための手段】
以上より本発明では、手術に関しまたは術後の修正対策に関し、少なくとも生じ得るほぼすべての光条件下で、できる限り理想的な視覚を得ることを目的として、手術前、手術中および手術後の水晶体および/または角膜の領域における眼の光学結像品質を非接触測定するために、できるだけ多くの情報を提供できるシステムを創出することを課題としている。
【0018】
この課題は、本発明に基づき短コヒーレンス長を持つ少なくとも1つの光インパルスを、干渉計を通して眼に送り込み、それによって眼の結像品質を測定することで解消される。
その場合、眼の長さを測定するため、干渉計における少なくとも1つのアームの光路長は、検出器上に眼の角膜反射と網膜反射とによる典型的な干渉パターンが現われるまで変更させる。この干渉パターンの発現と光路長の実変量とから眼の長さが推定可能である。光路長の変更は、干渉計の少なくとも1つの光路に少なくとも部分的に透明な素子を設置し、加えて所定通り作動可能な少なくとも1つの素子を配置して行なう。
【0019】
本発明に基づくシステムによれば、眼の長さの測定を干渉計で直接行うことができる。その場合、干渉計の少なくとも1つのアームの光路長を変更するが、それは、少なくとも部分的には光学的に透明である素子を設置し、加えて所定通り作動可能な少なくとも1つの素子−それは、発明の実施態様によって反射器であったりまたはセンサであったりするが、いずれにしても干渉測定の機能に関しては変わりない−を配置することによって行なう。
【0020】
本発明の特に好ましい実施態様では、光路長の変更は、例えばメタクリル酸ポリメチル(PMMA)製のシリンダとして構成できる、少なくとも部分的には光学的に透明である素子を設置して行なうが、その場合、少なくとも部分的に透明な素子材中での光の進行距離および屈折率に対応させて行なう。従って干渉を確認するには、干渉パターンが現われるまで設置光学素子に応じてごく僅かな距離だけ反射器を移動させるだけでよい。
【0021】
このように、非常に好ましいことに極めて迅速な測定を行なうことが可能である。それは、一般には24mm〜28mmとされる、測定対象である眼球全体の長さを、数種類のグループ、例えば4グループに分けることができるからである。各グループ用に別々な長さで構成される、少なくとも部分的には透明な素子を使用することにより、それぞれの測定グループに対し反射器をその都度1mmずつ移動させればよいことになる。
【0022】
この移動の際にセンサが適合した干渉パターンを捕らえれば、隣接グループについて、その次に短いか長い、少なくとも部分的には透明な素子を使用して同じ測定を繰り返し行なう。それにより、原則として反射器の移動中にしか行なわれない測定それ自体の所要時間が短縮できるという利益が得られる。その結果、例えば測定対象物としての眼と干渉計との相体的動きによって生じる恐れのある測定誤差が、時間の短縮によって大幅に減少できる。
【0023】
本発明の特に有利な実施態様および応用においては、網膜反射光は光学結像装置を経由して、散瞳状態での、つまり眼の軸に平行でないまたは軸から離れた領域における波面収差を検出するための装置に誘導される。
本発明の実施態様において、特に好ましいケースでは、この装置をハルトマン・シャック・センサとして構成することができる。
干渉による眼の長さ測定と、角膜を通しておよび場合によっては一部水晶体とも関係して、主に眼の光学軸に平行な領域に現われる収差に関する分析との、このような組み合わせが決定的な利点をもたらす。
【0024】
第一の特徴的な利点は、光源から眼に送り込まれる光の反射によって形成される、唯一の参照点を通じて両測定が実施できるというその構成自体から生まれている。同一参照点に基づく収差、眼の長さの測定値間に比較可能性および相関関係の可能性が生まれ、それによって手術医および患者には測定結果の品質面で、それに伴いその実用性の面でも改善がもたらされる。
【0025】
しかもその組み合わせによって−非接触式であることから手術中にも、例えば眼球内水晶体移植の際にも、手術医により然るべき観察、品質保持および場合によっては、加えた変更に対する修正も行なえるという−眼の結像品質に関する決定的なあらゆる特性値を測定するための計器も実現可能となる。
【0026】
本発明に基づくシステムは、好ましくも非常に迅速且つ簡単に適用でき、移植用水晶体の選択時に役立つ眼の長さデータを提供するだけでなく、同時に角膜領域での収差発生情報をも発信することができるので、然るべき水晶体の選択により、手術時に変形などから発して収差を惹き起こす原因になりかねない角膜内応力の発生を回避することができる。そのためには、手術医は移植体の適合化またはその他適切な修正策を実施できることになる。
【0027】
眼の結像品質を手術中に測定する特殊な適用例においては、欠陥が分かり次第即座に対処でき、余分な手術をする必要もなくなる決定的な利点が生まれる。そうでなければ、治癒後の測定で初めて分かることになり、例えば手術で生じた傷に対して追加手術が必要になってしまう。
このように、追加手術が必要になるというリスクが無くなる。そのことは特に、白内障手術の主要対象群と見なされる老齢者にとっては決定的な負担の軽減を意味している。如何なる形態の手術であろうと老齢者はリスクの高い患者群と見なさねばならないからである。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明のその他有利な実施態様は、上記以外の従属請求項に、および図面を基に説明されている実施例にも含まれている。
図1には、眼2の光学結像品質を干渉計3により非接触測定するためのシステム1の実施態様例が描かれている。
当システム1は、主として人間の眼を測定するために、それも角膜4および水晶体5の領域における手術の術前、術中および術後に使用するものである。
しかし当システム1は、類似構造を持つ他の哺乳動物の眼2を測定する場合にも原則として使用できる。
【0029】
システム1は元々自動作動式で、眼2の被検者本人のフィードバックは必要としないからである。システム1が手術中にも使用できる理由がここにある。手術中では眼2の本人である患者が、通常、少なくとも部分的には麻酔状態にあるので、フィードバックが困難になる場合が出てくるからである。
【0030】
システム1は収差と眼2の長さLとを非接触で、即ちゾンデなどを眼2に触れさせることなく、同時測定するために構成されている。
眼2の長さLというのは、角膜4の表面4'、いわゆる角膜上皮と網膜6を持つ眼底部との間の距離のことである。
収差とは、眼2内の光線の理想光路からの偏差のことである。この収差は、主に光が角膜4を通過する際に起こる現象で、角膜内での変形が原因である。その場合、特に問題なのは、軸に平行でない角膜領域、即ち眼2の光学軸7から離れた角膜領域であって、そこは虹彩8’が広く開いている場合、つまり例えば光の照射条件が悪いため散瞳状態の瞳孔8が大きくなっている場合にしか使われない部分である。
【0031】
図1から分かるように、システム1は、光ファイバ干渉計として構成されている干渉計3、ハルトマン・シャック・センサとして構成されている波面収差検出用装置9および短コヒーレンス長の光を放射する光源10から成っている。
図1に従った特に好ましい実施例では、光源10は、その光線が、いわゆる接続ファイバと称される光ファイバ11に直接通じているスーパルミネセンスダイオード(SLD)として構成されている。
【0032】
ファイバ11はその末端で、光線を2つのファイバ13および14方向へ分ける3dB(デシベル)カプラ12のファイバ末端と結合している。ファイバ13の末端から出た光線はレンズ15に集められて反射器16に到達する。その光は反射器16で反射した後、ファイバ13の末端を通過して3dBカプラ12にまで戻ってくる。
【0033】
以下の説明では反射器16および集光レンズとして構成されているレンズ15は、光ファイバ干渉計3の参照アーム17と称することにする。反射器16は、主として前後の方向に移動できるようになっている駆動式保持素子18に設置されている。光ファイバ干渉計3の参照アーム17は、そのほか、反射器16とレンズ15との間に、図1では原理図として横断面の描かれている回転式ハンドル19を有している。
【0034】
図2に描かれているように、ハンドル19には複数の絞り開口部20が設けられており、それぞれの中心が環状に並んでいて、その環の中心にハンドル19の中心軸21がある。絞り開口部20には1つ置きに、少なくとも部分的には光学的に透明な素子22が含まれている。この透明素子はそれぞれPMMA(アクリル酸ポリメチル)を主成分とする透明シリンダ22として構成されている。
【0035】
透明シリンダ22の長さlは様々であるが、透明シリンダ22の少なくとも1つは長さl=L/(n−1)として構成されている。但し、nはPMMA製シリンダ22の屈折率(例えばn=1.336)である。ここでL=n・lは正常眼2の光学長Lである。
【0036】
長さlのこの透明シリンダ22を光路内、即ち参照アーム17の光線内に設置すれば、その光学長は変化する。したがって理想的には、アーム長の短縮によって通常現われる眼2の長さLがすべて網羅されねばならないが、そのためには用意された全シリンダ22を通じてアーム長を個々のステップで短縮できるように個別シリンダ22の長さlを選定する。つまり、干渉計3の参照アーム17は、干渉計3の他のアームに比べて眼2の想定長L分だけ短縮することができる。
【0037】
ハンドル19はステップモータ23で作動させる。ステップモータ23の制御/調整装置24における駆動開閉周期は、その回転が反射器16の周期性直線運動25と同期化するように選択する。それにより、光ファイバ干渉計3の参照アーム17における光学アーム長は、シリンダ22が設置されてない参照アーム長をLとすれば、LとL+Lとの間を周期的に入れ替わる。
【0038】
ファイバ14末端からの光はもう1つのレンズ26に集められ、回折光学素子(DOE)27およびビームスプリッタ28により患者の眼2に導かれる。当回折光学素子27は、1次回折が角膜4の表面4'に集束するように構成されている。少なくとも本来の測定時点において測定ブレが起らないようにするには、測定対象である眼2の角膜4の表面4'がシステム1に対して、または少なくとも回折光学素子27に対して、所定の距離を保っていなければならない。その手段としては、視力測定装置などからそれ自体公知であるが、システム1と直接連結する、例えば患者の顎および額に用いるしかるべき支持具により行なうことができる。
【0039】
回折光学素子27の回折作用は、衝突光の約5%だけが1次回折に加わるように選択する。角膜4および水晶体5で構成される眼の視覚系は、回折光学素子27の零次回折を眼2のバックグラウンドにおける網膜6に集中させ、網膜6上に反射による2次光源29を生成する。
【0040】
入射光の約10- 倍の強度しかない網膜6上にあるこの2次光源29からの光は、正視眼2の場合では眼2の視覚系によりほぼ平行な光線にまとめられてビームスプリッタ28に到達する。集められた光線の一部はビームスプリッタ28によって転向させられ、回折光学素子27に導かれる。回折光学素子27の回折作用は小さいので、網膜6上の2次光源29からの光は殆ど影響されずに回折光学素子27を通過し、さらにレンズ26を通ってファイバ14の末端に集められる。
【0041】
角膜4の表面4’に集束した光線のうち一部はそこで反射する。その場合の角膜における反射率は約4%である。さらに、その角膜4からの反射光の5%が回折光学素子27により焦点に集められる。そのようにして、それらはシステム1から意図的に除外される。平行な進路を辿ってレンズ26に到達した光線だけがファイバ14の末端に集められることになる。角膜4で反射後、レンズ26によりファイバ14の末端に集められる光線流の強度も同じく入射光強度の僅か10−4倍しかない。従って、角膜4で反射する光は網膜6上の2次光源29の光と同強度である。比較可能な強度を持つ両光線は集光レンズ26によってファイバ14末端に集束させられる。
【0042】
ビームスプリッタ28に当った光線の残りの部分は通過し、さらに光学結像装置30を経由して、ここではハルトマン・シャック・センサ9として構成されている波面収差検出用装置9に到達する。このようにビームスプリッタ28により、網膜6上の第2光源29が眼2の長さLの測定にも収差測定にも使用できるようになる。
【0043】
ハルトマン・シャック・センサ9は、図1に描かれた好ましい実施態様の場合では2つの集光レンズ31、32、絞り33、レンズアレー34および主としてCCDセンサから成る検出器フィールド35の備わった結像装置30を有している。
【0044】
集光レンズ31は、2次光源29から出た光線を、絞り33の領域で集束させる。角膜4の表面4'で反射した光は拡散するが、集光レンズ31で平行に揃えられる。角膜4での反射後、平行に揃えられた光は、次に絞り33で遮られる。このように絞り33は、角膜4で反射した殆どすべての光を除外する光線遮断具としての役割をする。
【0045】
網膜6の上の第2光源29の光は、絞り33の領域で集束するので、絞り33に遮られずにそこを通過することができる。その後、集光レンズ32によって平行な光線にまとめられ、レンズアレー34に達する。このように、2つの集光レンズ31、32および絞り33を持つ光学結像装置30は、眼2の瞳孔8をレンズアレー34の平面に結像させる。
【0046】
レンズアレー34の構成体としてここでは3部だけ例示されているレンズ34a、34b、34cが、それら各レンズに到達した光線束を少なくとも1つのCCDセンサが備えられた検出器フィールド35に集束させる。なお、レンズアレー34の規模として確かに有意と言えるのは、個別レンズ数34a、34b、34c…が約5×5〜20×20の範囲内の場合である。
【0047】
収差のない正視眼2の場合では、個別レンズ34a、34b、34c…によって生成される焦点は等距離であって、規則的な光点パターンを形成する。収差のある眼2では、光点パターンはそれ相応に歪んでいる。
【0048】
以下では、図1および図2に描かれたシステム1により、眼2の当該測定が如何に行なわれるかを詳細に説明する。まず最初に眼2の収差測定について記述する:
図3より、眼2の瞳孔8から出てくる光線束の光線は、面36に対する法線とみなし得るということができる。各光線が共通の交点を持つのであれば、面36は全体としてみれば球の一部である。
それに対し、収差のある場合では面36を全体としてみれば非球面体の一部となる。
【0049】
原則的には、干渉計3を通して眼2に送り込まれる光線は、瞳孔8の中央を通って眼2に入り込めるほど、それ自体が小さな直径を有していると考えられる。それにより、光線は眼2に入り込んだ際、歪みや変化の発生危険性から遮断される。それは、一般には角膜4および水晶体5の軸近辺または軸に平行な領域では収差が起らないからである。しかも、そのような収差が起ったとしても、以下でより詳しく述べるが、干渉計3の上方に位置する眼2の長さLの測定に影響しない。当システムはその点からも非常に好ましい。
【0050】
視覚系を通って、再度、眼2から出てきた光線は、とりわけ瞳孔8の軸近辺でない領域を通過して散瞳に到るので、特に患者の夜間視力に影響するかもしれない収差が起きた場合にはハルトマン・シャック・センサ9で検出することができる。
【0051】
図3に原理が示唆されているように、辺縁領域の面36では軸に平行なまたは軸近辺の領域に比べて球欠体としての理想面からの偏差がより大きくなる。面36を規定する関数はゼルニカ多項式で表わすことができる。それは、図4に示された瞳孔平面37における極座標ρおよびψの関数である。座標ρは基準化されていて、瞳孔8の中点が0、瞳孔8の辺縁が1と置かれる。
【0052】
簡易化のため、低次収差、いわゆるサイデル収差についてだけ言えば、非球面の表現には以下のように8つのゼルニカ多項式が必要になる:
【式1】
但し、
【式2】
【式3】
【式4】
【式5】
【式6】
【式7】
【式8】
【式9】
【0053】
ここでZおよびZは勾配、Zはデフォーカシング、ZおよびZは非点収差、ZおよびZは非対称誤差およびZは球面収差のことである。
未知係数aは、図4に示された放射変位duと方位変位dvの全微分が座標(ρ、ψ)、(但し、k=1、2、3、4)を持つ少なくとも4つの点38において既知である場合に決定することができる。
【0054】
微分du、dvは、面f(ρ、ψ)の勾配と次のように直接的な関係がある:
方程式(2)
【式10】
方程式(3)
【式11】
【0055】
これらの両方程式(2)、(3)は、座標(ρ、ψ)、(但し、k=1、2、3、4)で瞳孔8と交差する4つの光線に適用される。従って全部で8つの方程式が用意され、それらにより8つの未知係数aが決定できる。
高次収差の測定が必要な場合は、より高次なゼルニケ多項式も組入れなければならない。そうなれば、すべての係数aを決定するためには、当然4つ以上の光線とそれに対応する微分が必要である。
【0056】
システム1に対しては、基本的には、例えば干渉計式試験装置など、その他の波面分析原理もそれぞれ適用することができる。勿論、その場合には欠点を我慢しなければならない面もある。干渉計式試験装置は一般に知られているように、変動幅および堅牢性に欠けるからである。
【0057】
次に挙げる実施例では、図1および図2に描かれたシステム1により、眼2の長さLが如何にして測定できるかについて説明する。
システム1では、眼2の網膜6上にある2次光源29からの光線と反射器16で反射した光線とが3dBカプラ12を通って重り合う。その光線はファイバ39を通って、特に好ましい場合はやはりCCDセンサとして構成されている検出器40に達し、そこで記録される。同時に、可動式反射器16が参照アーム17の長さを一時的に変更させる。
【0058】
光源10は、既述したように、20μm程度のコヒーレンス長を持つスーパルミネセンスダイオード(SLD)である。参照アーム17の長さが、以下では試験アーム41と称しているシステム1の領域の長さと光源10のコヒーレンス長領域内で同じであれば、検出器40に変調信号が認められる。その場合、試験アーム41とは、ファイバ14、レンズ26、回折光学素子27、ビームスプリッタ28および長さLの測定の対象である眼2を含む領域にまで及んでいる。
【0059】
参照アーム17の長さが、網膜6の上にある端点としての第2光源29を伴う試験アーム41の長さと同じであれば、検出器40には、図6に原理図として描かれているような信号(網膜信号)が認められる。それに対し、参照アーム17の長さが端点としての角膜4の表面4'の反射を伴う試験アーム41の長さと同じであれば、原理的に図5のグラフに一致する信号(角膜信号)が認められる。
【0060】
また、参照アーム17の長さはPMMA製シリンダ22および絞り開口部20を伴う回転式ハンドル19によっても変化する。この場合、PMMA製シリンダ22の長さlは、l=L/(n−1)とするが、但し、L=n・lは正常眼2の光学長である。ここで
l PMMA製シリンダ22の長さ
L 眼2の長さ
s PMMA製シリンダ22使用時の光学長
PMMA製シリンダ22不使用時の光学長
とすると、
【0061】
次式が得られる:
【式12】
上式において光学長の差Δsを眼2の長さLと同程度(Δs≒L)になるように選択すれば、
【0062】
次式が成り立つ:
【式13】
患者の正常時における通常の眼2の長さLが、L=24mm〜28mmの場合、紹介した実施例におけるPMMA素材の屈折率nを、n=1.336とすれば、70mm〜85mm大のシリンダ22を使用する。
【0063】
検出器40の網膜信号および角膜信号は、アナログ/デジタル(AD)交換器42によって表示される。検出器40およびAD変換器42を有するこのデータ操作装置は、光線が参照アーム17の回転ハンドル19に取り付けられたPMMA製シリンダ22を通過すれば、ステップモータ23の制御/調整装置24から送出される始動信号と同期化される。参照アーム17の光線は、PMMA製シリンダ22と絞り開口部22を同一時間Tで通過する。それはPMMA製シリンダ22と絞り開口部20の直径が同じだからである。
【0064】
参照アーム17の反射器16は、参照アーム17の光線が、PMMA製シリンダ22を通過するこの時間幅Tの間に周期的前後運動25を数回繰り返す。その場合、検出器40から発せられる信号は、RAMレジスタ44のアドレス表示器が上位方向に計数されている際で反射器16が前進運動にある場合、AD変換器42およびデュプレクサ43を通ってRAMレジスタ44に接続される。それに対し、反射器16が後退運動にある時は、RAMレジスタ44のアドレス表示器は下位方向に計数される。
【0065】
光線がPMMA製シリンダ22の1つを通過している間に捕らえられた値は、いずれもRAMレジスタ44のそれぞれのアドレス位置に集められ、平均値が算出される。そうすることで、妨害信号および雑音による測定への影響が最小限に抑えることができる。
参照アーム17の光線が回転ハンドル19の絞り開口部20の1つを通過すれば、その後直ちに同一の検出過程および平均値算出過程が繰り返される。しかし、データは別途RAMレジスタ45に一括収納される。
【0066】
その場合、図5および図6に描かれているようなインタフェログラムの包絡関数がヒルベルト変換によって計算可能になる。f(t)が信号関数であれば、ヒルベルト変換Hは真数部f(t)と共に
分析信号
【式14】
の虚数部も提示する:
【式15】
信号の包絡関数μ(t)は、次のようになる:
【式16】
【0067】
反射器16の運動25における変動幅Δは、L±Δ/2でもって、一般には24mm〜28mmとされる患者母集団における眼の長さ分布がカバーされるように選択する。角膜反射と網膜反射の中点位置は、計算および制御をすべて行う中央データ加工ユニット46において、時間Tの経過と共に記録されたデータベクトルから算定される。
【0068】
網膜6の反射に対応して描かれた図6の信号は2つの反射から成っている。第1の大きな方の反射は、上皮色素、つまり網膜6の受信層の直後にある、いわゆる色素部からのものである。それに対して、第2の小さな方の反射は、神経部、つまり網膜6の受信層の直前に位置する神経層から発せられるものである。
【0069】
眼の長さLの測定には、網膜6のポジションとして2先端の位置平均値を使用することができる。それは色素部と神経部が非常に接近した位置にあって、その中央位置が実際には網膜6の位置に一致しているからである。
角膜4での反射を表わす信号は、角膜4の表面4'、いわゆる角膜上皮での反射だけしか関係していないので、角膜4のポジションを直接使用することができる。
それにより、眼の長さLは、これら2ポジション間の差から算出される。
【図面の簡単な説明】
【図1】眼の光学的結像品質を測定するためのシステム構成例
【図2】図1のハンドル部分の詳細図
【図3】眼における波面誤差の原理図
【図4】瞳孔から発せられる光線の方位微分および放射微分
【図5】角膜干渉信号の包絡線
【図6】網膜干渉信号の包絡線
【符号の説明】
1 システム
2 眼
3 干渉計
4 角膜
5 水晶体
6 網膜
7 光学軸
8 瞳孔
8' 虹彩
9 波面収差検出用装置
10 光源
11 光ファイバ
12 3dB(デシベル)カプラ
13,14 ファイバ
15 レンズ
16 反射器16
17 参照アーム
18 駆動式保持素子
19 ハンドル
20 絞り開口部
21 中心軸
22 透明シリンダ
23 ステップモータ
24 制御/調整装置
25 周期性直線運動
26 レンズ
27 回折光学素子(DOE)
28 ビームスプリッタ
29 2次光源
30 結像装置
31,32 集光レンズ
33 絞り
34 レンズアレー
35 検出器フィールド
36 面
37 瞳孔表面
39 ファイバ
40 検出器
41 試験アーム
42 AD変換器
43 デュプレクサ
44 RAMレジスタ
45 RAMレジスタ
46 中央データ加工ユニット
,Z 勾配
デフォーカシング
,Z 非点収差
,Z 非対称誤差
球面収差

Claims (21)

  1. 眼の長さ(L)を測定するため、干渉計(3)の少なくとも1つのアーム(参照アーム17)の光路内に少なくとも部分的に透明な素子(22)を設置して、加えて所定通り移動変更可能な少なくとも1つの干渉計素子(反射鏡16)配置することにより前記参照アーム(17)の光路長を、検出器(40)上に眼(2)の角膜(4)反射と網膜(6)反射とによる典型的な干渉パターンが検出器(40)に現われるまで変更させ(変量Δs)、発現した干渉パターンと光路長の実変量(Δs)とから、眼の長さ(L)の推定を可能にする、
    短コヒーレンス長を持つ少なくとも1つの光インパルスを干渉計(3)によって光源(10)から眼(2)へ送り込み、眼の光学的結像品質を非接触で測定するためのシステム。
  2. 所定通り作動可能な干渉計素子が、反射器(16)として構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のシステム
  3. 反射器(16)を作動させること、および少なくとも部分的には光学的に透明な素子(22)を、干渉計(3)自体が持つアーム(参照アーム17)の光路中へ設置することを特徴とする、請求項2に記載のシステム
  4. 干渉計(3)が、光ファイバ干渉計として構成されていることを特徴とする、請求項1、2または3に記載のシステム
  5. 網膜(6)からの反射光が、光学結像装置(30)を経由して、散瞳状態における眼(2)の波面収差検出用装置(9)に導かれることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のシステム
  6. 散瞳状態における眼(2)の波面収差検出用装置が、ハルトマン・シャック・センサ(9)として構成されていることを特徴とする、請求項5に記載のシステム
  7. 反射器(16)のポジションが、駆動装置(18)により計測可能な形で移動させられることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のシステム
  8. 少なくとも部分的に光学的に透明な素子が、アクリル酸ポリメチル(PMMA)から成るシリンダ(22)として構成されていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のシステム
  9. シリンダ(22)が、反射器の光学軸にほぼ垂直に配置されるハンドル(19)に設置されることを特徴とする、請求項8に記載のシステム。
  10. シリンダ(22)が、ハンドル(19)にリボルバ胴部のように配置されていて、それぞれ1つずつ選択して光路に向けられることができることを特徴とする、請求項9に記載のシステム
  11. ハンドル(19)がステップモータ(23)によって駆動されることを特徴とする、請求項9または10に記載のシステム
  12. ハンドル(19)に、絞り開口部(20)とシリンダ(22)が、交互に配置されていることを特徴とする、請求項9、10または11に記載のシステム
  13. 光源(10)としてスーパルミネセンスダイオード(SLD)が使用されることを特徴とする、請求項1〜12の1項に記載のシステム
  14. 干渉計(3)のファイバ(14)末端からの光が、光学結像装置を通って眼(2)に達することを特徴とする、請求項4〜13のいずれか1項に記載のシステム
  15. 結像装置が、少なくとも1つのレンズ(26)を持っていることを特徴とする、請求項14に記載のシステム
  16. 結像装置が、少なくとも1つの回折光学素子(27)を有していることを特徴とする、請求項14または15に記載のシステム。
  17. 結像装置が、波面収差検出用装置(9)との連結のために少なくとも1つのビームスプリッタ(28)を有していることを特徴とする、請求項14、15または16に記載のシステム
  18. 回折光学素子(27)が、1次回折については角膜(4)の表面(4')に集束されるように構成されていることを特徴とする、請求項16に記載のシステム
  19. ハルトマン・シャック・センサ(9)が、レンズアレー(34)および検出器フィールド(35)を有していることを特徴とする、請求項6〜18のいずれか1項に記載のシステム
  20. 検出器フィールド(35)が、CCDセンサによって構成されていることを特徴とする、請求項19に記載のシステム
  21. 測定データの分析、評価のために、および作業過程での反射器(16)の制御/調整のために少なくとも1基の電子データ加工装置(46,24)が設置されていることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか1項に記載のシステム
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