JP5052950B2 - 非接触式眼圧計 - Google Patents

Description

本発明は、被検眼の眼圧を非接触にて測定する非接触式眼圧計に関する。

ピストンによりシリンダ内の気体を圧縮して被検眼角膜に吹き付け、角膜の変形状態を検出して眼圧を測定する非接触式眼圧計において、角膜の変形状態の検出後にピストンが初期位置に戻るときの急激な空気の吸込みによって、被検眼の涙、埃、睫等が装置内部に入り込んでしまうという問題があった。

このような問題を解決する構成として、ピストンを駆動させるソレノイドから駆動力を伝達するためのピストンロッドをピストンに対して移動可能に設け、ピストンロッドの移動により気体加圧時には閉じられピストンが初期位置に戻るときに開かれる気体通路がピストンに形成された構成を持つ非接触式眼圧計が提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−３１３４４８号公報

ところで、特許文献１のようにピストンロッドに対してピストンが移動可能な構成の場合、ピストンの移動開始時や気体圧縮の終了後において、ピストンロッドの先端部とピストン内部に形成された駆動室とがぶつかることにより接触音が発生する。例えば、ピストンの移動開始時における接触音の発生は、加圧動作開始前の被験者を驚かすことにつながり、眼圧測定に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、不用な接触音を軽減できる非接触式眼圧計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） ピストンによりシリンダ内の気体を圧縮し、圧縮した気体を被検眼角膜に吹き付け、角膜の変形状態を検出することにより眼圧を測定する非接触式眼圧計において、
前記シリンダ内に形成される空気圧縮室及び気体開放室に連通する気体通路を内部に持つピストンと、
該ピストンに対して前記気体通路上を軸方向に移動可能に接続されるピストンロッドであって，その先端に前記気体通路の開閉を行うための駆動弁を持つピストンロッドと、
該気体通路が閉じられる方向に前記駆動弁及びピストンを付勢する付勢手段と、
駆動電流の供給により駆動し前記シリンダ内の気体を圧縮する方向へ前記ピストンロッドを駆動させることにより前記ピストンを移動させる駆動手段と、
を備え、
前記ピストンロッドが初期位置にあるとき及び気体を圧縮する方向に駆動しているときは前記駆動弁により気体通路が塞がれた状態とし，前記ピストンロッドが初期位置に戻るときは気体通路が開放された状態とすることを特徴とする。
（２） ピストンによりシリンダ内の気体を圧縮し、圧縮した気体を被検眼角膜に吹き付け、角膜の変形状態を検出することにより眼圧を測定する非接触式眼圧計において、
駆動電流の供給により駆動し前記シリンダ内の気体を圧縮する方向へ前記ピストンを移動させるための駆動手段と、
前記駆動手段の駆動力を前記ピストンに伝達するためのピストンロッドであって、その先端に前記ピストンと連結される連結部が形成されたピストンロッドと、
前記連結部を前記シリンダの軸方向に移動可能に保持するための駆動室を有するピストンと、
前記駆動室の気体圧縮室側に形成された側壁と前記連結部との間に形成されるスペースが閉じられる方向に前記連結部及びピストンを付勢する付勢手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、不用な接触音を軽減できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の非接触式眼圧計において流体圧を送出する空気圧縮機構の側方概略構成と制御系を示す図であり、図２はノズル付近の光学系を上方より見た図である。

１は空気圧縮用のシリンダ部、２はピストンであり、これらは被検眼に噴出する空気を圧縮する空気圧縮機構として用いられる。３はロータリソレノイドであり、ロータリソレノイド３は駆動電流が付与されると、アーム４、コネクティングロッド（ピストンロッド）５を介してピストン２を圧縮方向（矢印Ａ方向）に移動させる。ピストン２の移動によりシリンダ部１内の空気圧縮室３４で圧縮された空気は、シリンダ１の先端にに連結されるチューブ（パイプでもよい）７０、圧縮された空気を収容する気密室７１を介して、ノズル６から被検眼７の角膜に向けて噴出される。

また、ロータリソレノイド３には図示なきコイルバネが備えられており、付与される電流がカット又は減じられると、コイルバネの戻り方向への付勢力により、圧縮方向に移動されたピストン２が戻る方向に移動されて初期位置に戻される。なお、本実施形態において、ピストン２は、シリンダ１内に形成される空気圧縮室及び気体開放室に連通する気体通路を内部に持つ（詳しくは、後述する）。また、本実施形態では、ノズル６の軸線の上方に空気圧縮機構が配置された構成となっているため、シリンダ１まで涙等が吸込まれる可能性は少ない。

８は透明なガラス板であり、ノズル６を保持するとともに、観察光やアライメント光を透過させる。また、ガラス板８は気密室７１の側壁として用いられる。９はノズル６の背面に設けられた透明なガラス板であり、気密室７１の後壁を構成するとともに、観察光やアライメント光を透過させる。ガラス板９の背後には、観察・アライメント光学系１１が配置されるが、本発明とは関連が少ないため、説明は省略する。

１２は気密室７１の圧力を検出する圧力センサ、１３はエア抜き穴である。エア抜き穴１３により、ピストン２に初速が付くまでの間の抵抗が減少され、時間に比例的な立ち上がりの圧力変化を得ることができる。

１４は角膜圧平検出用の赤外ＬＥＤ（図２参照）であり、ＬＥＤ１４を出射した光はコリメ−タレンズ１５により平行光束とされて被検眼の角膜に投光される。角膜で反射した光は受光レンズ１６、ピンホ−ル板１７を通過して光検出器１８に受光される。角膜圧平検出用の光学系は、被検眼が所定の圧平状態のときに光検出器１８の受光量が最大となるように配置されている。

図１の説明に戻る。２０は制御回路、２１は圧力センサ１２からの信号処理を行う圧力検出処理回路、２２は光検出器１８からの信号処理を行う信号検出処理回路、２３はロータリソレノイド３を駆動させるための駆動回路である。

図３は、気体通路を持つピストン２の具体的構成について説明する概略断面図であり、図３（ａ）は気体通路の閉鎖時、図３（ｂ）は気体通路の開放時を示している。図３において、３１はコネクティングロッド５のピストン側先端位置に形成され略球状の面を持つ駆動弁であり、気体通路５０の開閉を行うための弁としての役割を有すると共に、ピストン２とロッド５とを連結させるためのロッド側連結部としての役割を有する。一方、ピストン２には、駆動弁３１をシリンダ１の軸方向に移動可能に保持する駆動室３２ａを持ち，ロッド５の先端とピストン２とを連結する円筒状のピストン側連結部３２がピストン２の圧縮室側壁２ａにて固定されている。これにより、ロッド５は、ピストン２に対して気体通路５０上を軸方向に移動可能に接続された状態となる。なお、駆動室３２ａの圧縮室３４側の内壁には、駆動弁３１の略球状面に合致する形状に形成された球面軸受部４０が形成されている。

また、連結部３２には、駆動室３２ａの圧縮室３４側中央に形成され空気圧縮室３４に繋がる透穴５０ａと、駆動室３２ａの開放室３５側中央に形成され大気開放室３５に繋がる透穴５０ｂと、が形成されている。ここで、透穴５０ａ、駆動室３２ａ、透穴５０ｂは連通されており、空気圧縮室３４と大気開放室３５とを連通する気体通路（通気孔）５０として利用される。なお、透穴５０ｂは、ロッド５を挿通する穴としての役割を兼用されている。

駆動室３２ａの内部は、ロッド５が挿通される孔３３ａが形成され駆動弁３１を押さえる円盤状の駆動弁押え３３と、気体通路５０が閉じられる方向に駆動弁３１及びピストン２を付勢する付勢部材（例えば、図３のようなバネの他、ゴム等）として用いられる圧縮バネ６０が配置された状態となっており、駆動室３２ａの開放室３５側内壁と駆動弁押え３３との間に圧縮バネ６０が介在された状態となっている。なお、駆動弁押え３３の駆動弁３１側には、駆動弁３１の略球状面に合致する形状に形成された球面軸受部４１が形成され、前述の球面軸受部４０と球面軸受部４１は駆動弁３１の球中心を回転中心としてロッド５を回動可能に支持する。この場合、圧縮バネ６０により、駆動弁３１に対して連結部３２が開放室３５側に常時付勢され駆動弁３１と軸受部４０が嵌合された状態となる。また、本実施形態では、圧縮バネとして円錐ばねを用いており、圧縮された時のばねの厚みを小さくすることができるので、駆動室３２ａを小型化させることができる。

この場合、圧縮方向へピストン２が移動された後（ソレノイド３に供給される駆動電流が一旦止められた後）、付勢部材６０の付勢力に抗してピストン２とピストンロッド５が相対的に移動されることにより、気体通路５０が開かれるような構成となっている（図３（ｂ）参照）。一方、測定開始前の待機状態、及びソレノイド３の駆動開始〜前述の駆動一時停止までは、付勢部材６０の付勢力によって気体通路が閉じられるような構成となっている（図３（ａ）参照）。

以上のような構成を備える非接触式眼圧計において、以下に動作について説明する。

検者は被検眼７を所定の位置に配置させ、図示なきジョイスティックを操作してアライメント調整を行う。アライメントが完了したら、検者は測定開始スイッチを押して（あるいは制御回路２０がアライメント光学系からの信号に基づき測定開始信号を自動的に発して）測定を開始する。制御回路２０は測定開始信号が入力されると駆動回路２３を介してロータリソレノイド３に動作可能な駆動エネルギとしての電流（電圧）を付与してこれを駆動させる。

図４の（ａ）は圧力センサ１２による検出圧力Ｐｎ及び光検出器１８の受光量Ｑｎの変化を時系列的に示した図であり、（ｂ）はロ−タリソレノイド３へ電流を供給する電圧Ｖの変化を時系列的に示した図である。

測定開始のトリガ信号が発せられると、制御回路２０は、駆動回路２３を介してロータリソレノイド３に駆動電流を付与し、ロッド５を動作（駆動）させる。ここで、駆動弁３１はその略球状面により透穴５０ａを閉塞しながらピストン２を移動させていくため、空気圧縮室３４の空気が圧縮され、圧縮空気が被検眼の角膜に吹き付けられる。なお、上記ピストンの移動開始時において、圧縮バネ６０によって駆動弁３１と軸受部４０が嵌合（当接）状態にあるため、圧縮方向に移動される駆動弁３１が軸受部４０に接触するときの接触音の発生を抑えることができる。

被検眼７の角膜は、吹き付けられた圧縮空気によって徐々に変形される。ＬＥＤ１４から投光された光の角膜による反射光は光検出器１８へ入射し、角膜の変形状態が光検出器１８により検出される。

光検出器１８からの信号により、その受光光量が所定のピ−クを示したことを信号検出処理回路２２が検知すると、すなわち所定の圧平状態が得られたことを検知すると、制御回路２０はこの検知信号に基づいて眼圧を得る。

また、制御回路２０は被検眼が所定の圧平状態になったことが検知されると、あるいは時間監視により測定開始から所定の時間が経過する（または所定の圧力が得られる）と、ロータリソレノイド３への電流供給を止める。ピストン２は、ロータリソレノイド３への電流が止められた後も慣性力で圧縮方向に移動されるが、ロッド５にはコイルバネによる戻り方向（初期位置へ向かう方向）への付勢力が働く。この場合、コイルバネの付勢力によりピストン２の速度は減衰されて一旦停止し、その後戻り方向へ移動される。

このとき、圧縮方向への慣性力によって駆動室３２ａの開放室３５側内壁３７から圧縮バネ６０に対してばねが収縮される方向への荷重が付与され、圧縮バネ６０の付勢力に抗して圧縮バネ６０が収縮されることにより、透穴５０ａが開放される。これにより、開放室３５と圧縮室３４が駆動室３２ａを介して連通された状態となり、空気圧縮室３４の空気が大気開放室３５へ流れ込むようになる。なお、上記のように慣性力によって気体通路５０を開放させる場合、慣性力をＦ１’、圧縮バネの付勢力（弾性力）をＫ₁ｘ（Ｋ：ばね定数、ｘを縮み量）、シリンダ１とピストン２との摩擦力をμ’Ｆ１’とすると、その力学的関係は、Ｆ１’＝Ｋ₁ｘ＋μ’Ｆ１’となる。したがって、Ｋ₁ｘ＝Ｆ１’− μ’Ｆ１’（式１）が成り立つから、（式１）を用いて慣性力Ｆ１’によって圧縮バネ６０を所定縮み量Δｘ縮ませることができるばね定数Ｋ₁を持つバネを選択すればよい。

さらに、ロッド５が初期位置側に戻されることによって、駆動室押え３３を介して駆動弁３１から圧縮バネ６０に対してばねが収縮される方向への荷重が付与され、圧縮バネ６０の付勢力に抗して圧縮バネ６０が収縮されることにより、透穴５０ａが開放され、空気圧縮室３４の空気が気体開放室３５へ流れ込むようになる。すなわち、ソレノイド３の駆動による圧縮室３４の空気圧縮後、駆動弁３１がピストン２の戻り方向に移動されると、駆動弁押え３３を介して圧縮バネ６０が圧縮され、軸受部４１と駆動弁３１との間に空気が通過するスペースが生じ、気体通路５０が開放された状態となる。なお、上記のようにソレノイド３に設けられたコイルバネの付勢力によって気体通路５０を開放させる場合、コイルバネの付勢力をＦ２’、圧縮バネの付勢力（弾性力）をＫ₂ｘ（Ｋ：ばね定数、ｘを縮み量）、シリンダ１とピストン２との摩擦力をμ’Ｆ２’とすると、その力学的関係は、Ｆ２’＝Ｋ₂ｘ＋μ’Ｆ２’となる。したがって、Ｋ₂ｘ＝Ｆ２’− μ’Ｆ２’（式１）が成り立つから、（式１）を用いて慣性力Ｆ２’によって圧縮バネ６０を所定縮み量Δｘ縮ませることができるばね定数Ｋ₂を持つバネを選択すればよい。

これにより、ノズル６からの空気の流入が抑制され、涙、埃、睫毛等の吸い込みが抑えられる。また、上記のように圧縮バネ６０を用いることにより、駆動弁３１の開放室３５側半球面と駆動室３２ａとの開放室側内壁（軸受部４０）との接触音を抑えることができる。 その後、ピストン２が初期位置に戻され、コイルバネによる付勢力がなくなると、圧縮バネ６０の付勢力によって駆動弁３１が透穴５０ａを閉塞した状態に復帰する。

以上示したように、ピストンロッド５が初期位置及び気体を圧縮する方向に駆動しているときは駆動弁３１により気体通路５０が塞がれた状態とし，ピストンロッド５が初期位置に戻るときは気体通路５０が開放された状態とするような構成とすれば、気体通路５０の開放によってノズル６からの涙等の吸込を抑えることができると共に、ピストン２とロッド５との軸方向への相対的な移動に伴う接触音を抑えることができる。したがって、眼圧測定時の装置の駆動による測定音を軽減できるため、被験者に対して不安を与えることなく、測定を行うことができる。

なお、ソレノイド３への駆動電流の供給を一旦止めた後、ピストン２が初期位置に戻るときにソレノイド３に対して弱電流を加えておくことにより、ピストンの戻り速度が軽減されて、測定音と吸込みを軽減する手法が本出願人によって提案されている（詳しくは、特開平９−３１３４４８等参照）が、この手法と本実施形態の構成を組み合せることにより、さらに、測定音を減らすことができる。この場合、時系列的に弱電流を増加させるようにしてもよい。

なお、上記構成においては、駆動室３２ａの開放室３５側内壁３７と駆動弁押え３３との間に圧縮バネ６０が配置される構成としたが、これに限るものではなく、駆動室３２ａの圧縮室３４側内壁３８と駆動弁押え３３との間に引張バネが配置されるような構成であってもよい。この場合、引張バネの両端を駆動室３２ａの圧縮室３４側内壁３８及び駆動弁押え３３にそれぞれ固定させておけばよい。

また、上記のように、ロッド５の先端に形成されピストン２と連結される連結部３１（上記説明では、駆動弁）をシリンダ１の軸方向に移動可能に保持するための駆動室３２ａを有するピストンと、駆動室３２ａの気体圧縮室３４側に形成された内壁（軸受４０）と連結部３１との間に形成されるスペースが閉じられる方向に連結部３１及びピストン２を付勢する付勢部材６０を設けることにより、被検眼に対して噴射される空気圧の安定化と消音対策を同時に行うことができる。この場合、付勢部材６０について、ソレノイド３の駆動によってロッド５が移動される際に、ピストン２に対してロッド５がスムーズに回動され、かつ、ロッド５の先端とピストン２の連結部３２との嵌合状態が維持される程度の付勢力を持つ部材を適宜選択すればよい。

このようにすれば、ソレノイド３の駆動によってロッド５が移動される際、ロッド５の駆動弁３１とピストン２の軸受部４０，４１と間での摩擦力が適度に保たれるため、ピストン２に対してロッド５がスムーズに回動され、噴射圧が安定する。また、その際に、付勢部材６０によって駆動弁３１と軸受部４０，４１とが嵌合（当接）された状態にあるため、不用な接触音の発生を抑制できる。

なお、以上の説明においては、眼圧計本体の水平線に対してシリンダ１が平行に配置されるような構成としたが、これに限るものではなく、シリンダ１が眼圧計本体の水平線に対して傾斜して設けられているような構成であっても、本発明の適用は可能である。

本実施形態の非接触式眼圧計において流体圧を創出する空気圧縮機構の側方概略構成と制御系を示す図である。 ノズル付近の光学系を上方より見た図である。 気体通路を持つピストンの具体的構成について説明する概略断面図である。 （ａ）は圧力センサによる検出圧力Ｐｎ及び光検出器の受光量Ｑｎの変化を時系列的に示した図であり、（ｂ）はロ−タリソレノイドへ電流を供給する電圧Ｖの変化を時系列的に示した図である。

符号の説明

１ シリンダ部
２ ピストン
３ ロータリソレノイド
５ ピストンロッド
１２ 圧力センサ
１４ 赤外ＬＥＤ
１８ 光検出器
２０ 制御回路
５０ 気体通路
３１ 駆動弁
３２ａ 駆動室
３３ 駆動弁押さえ
３４ 空気圧縮室
３５ 気体開放室
６０ 圧縮バネ

Claims (2)

1. ピストンによりシリンダ内の気体を圧縮し、圧縮した気体を被検眼角膜に吹き付け、角膜の変形状態を検出することにより眼圧を測定する非接触式眼圧計において、
   前記シリンダ内に形成される空気圧縮室及び気体開放室に連通する気体通路を内部に持つピストンと、
   該ピストンに対して前記気体通路上を軸方向に移動可能に接続されるピストンロッドであって，その先端に前記気体通路の開閉を行うための駆動弁を持つピストンロッドと、
   該気体通路が閉じられる方向に前記駆動弁及びピストンを付勢する付勢手段と、
   駆動電流の供給により駆動し前記シリンダ内の気体を圧縮する方向へ前記ピストンロッドを駆動させることにより前記ピストンを移動させる駆動手段と、
   を備え、
   前記ピストンロッドが初期位置にあるとき及び気体を圧縮する方向に駆動しているときは前記駆動弁により気体通路が塞がれた状態とし，前記ピストンロッドが初期位置に戻るときは気体通路が開放された状態とすることを特徴とする非接触式眼圧計。
2. ピストンによりシリンダ内の気体を圧縮し、圧縮した気体を被検眼角膜に吹き付け、角膜の変形状態を検出することにより眼圧を測定する非接触式眼圧計において、
   駆動電流の供給により駆動し前記シリンダ内の気体を圧縮する方向へ前記ピストンを移動させるための駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動力を前記ピストンに伝達するためのピストンロッドであって、その先端に前記ピストンと連結される連結部が形成されたピストンロッドと、
   前記連結部を前記シリンダの軸方向に移動可能に保持するための駆動室を有するピストンと、
   前記駆動室の気体圧縮室側に形成された側壁と前記連結部との間に形成されるスペースが閉じられる方向に前記連結部及びピストンを付勢する付勢手段と、を備えることを特徴とする非接触式眼圧計。

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