JP5512520B2 - 光学位置合わせ装置及び光学位置合わせ方法 - Google Patents

光学位置合わせ装置及び光学位置合わせ方法 Download PDF

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Description

本発明は、例えば、眼等に対して測定される生理的特徴を有する部位と位置合わせするために使用される種類の光学位置合わせ装置に関する。本発明は、更に、眼等に対して測定される生理的特徴を有する部位と光学的に測定する方法に関する。
糖尿病は関心が高まりつつある大きな問題であり、世界中で2億3千万人以上の人がこの疾患を有している。また、若年型糖尿病、インシュリン依存型糖尿病が過去15年間にわたり倍増したことが調査により判明している。糖尿病の5歳未満の子供の数もこの20年間で5倍に増加した。
糖尿病に関連する病状は深刻である。患者が血糖値を適切に管理しない場合に引き起こされる可能性のある身体的損傷には、失明、心疾患及び壊疽がある。従って、糖尿病の人の死亡率は、平均的な人の死亡率よりもはるかに高い。
患者が最後に摂取した食事からの時間、摂取した食べ物の種類、運動量及び患者が病気であるか否か等の多数の要因により、患者の血糖濃度は相対的に短い時間尺度で変動する。従って、糖尿病の人は、通常、状態を監視及び制御するために日に何度も糖濃度を検査する必要がある。実際の検査方法は患者毎に異なり、医師又は患者の糖尿病管理者により個別に指示される。
血糖濃度検査に使用される主な方法には、その後分析される血液サンプルの採取が含まれる。この検査において、患者の指又は腕を小針で刺すことで、携帯型測定器で分析するための血液が検査片に滴下する。糖濃度測定値が許容値を上回る場合、糖濃度を許容範囲内に戻すためにインシュリンを注入する必要がある。
血糖濃度の監視に必要な検査頻度のため、患者には、通常、1日中検査を実施し、血液サンプルを自身で抽出及び分析することが求められる。上記手順により患者が体験する問題は多数ある。第1に、その技法は侵襲的であり、感染の危険を伴う。第2に、指を頻繁に刺すことにより皮膚が硬くなる。第3に、その方法は明らかに痛みを伴う。最後に、その方法に関連する消耗品のコストは高く継続的なものである。これらの問題及びその他の問題により、糖尿病人口のある特定の人々は、必要とされる頻度ほど自分自身で検査していない。これは、検査に要求される運動機能に乏しい傾向にある老人、検査自体が社会的に恥ずかしいと考える傾向にあるティーンエイジャー、検査に随伴する不快感を受け入れない傾向にある子供に特に当てはまる。
これらの問題を克服するために、多くの無侵襲血糖濃度測定技法が提案されてきた。一般に、これらは、皮膚を介して測定することで機能するように考案されてきたが、種々の皮膚の特徴により不正確な結果を招いてきた。
より最近では、眼がより適切な測定部位として提案されている。眼の糖の測定に可能な技法には、結膜での分光法(例えば、米国特許第6,975,892号公報)、基底部での精神物理学的測定法(例えば、米国特許第6,895,264号公報)、糖を吸収するコンタクトレンズ又は他の植込型装置(例えば、米国特許第6,980,842号公報又は米国特許出願公開第2006/0166350号)、あるいは眼の屈折矯正の測定法(例えば、米国特許第6,442,410号公報)が含まれる。
眼の前房における房水の糖濃度の測定を伴うある特定の方法が提案されてきた。これは、個人差はあるが、この濃度と血糖濃度との間に密接な相関性があるためである。房水の測定は、偏光分析法(例えば、米国特許第A5,896,198号公報)、ラマン技法(例えば、国際公開第WOA00/02479号)、蛍光測光法(例えば、国際公開第WO2005/120334号)、分光測定法(例えば、米国特許第A5,969,815号公報)、蛍光分光法(例えば、国際公開第WO02/087429号)又は反射光測定法(例えば、米国特許第A6,236,089号公報)等の種々の手段により達成される。
房水の糖濃度を測定する別の望ましい方法は、房水の屈折率の測定を伴う。これは、屈折率と糖濃度との間の相関性が高いためである。この点において、米国特許第3,963,019号公報、米国特許第6,152,875号公報、国際公開第WO03/025562号、国際公開第WO05/044099号及び国際公開第WO05/058152号では、房水の屈折率の測定に関連する種々の技法が説明される。
また、患者又はオペレータの眼に位置合わせされる器具を必要とする他の測定法が多数ある。一例として、レーザー光線近視(LASIK)手術をより安全に行なうために、角膜の厚さ及び形状を測定する必要がある(例えば、米国特許第6,585,723号公報及び米国特許出願公開第2004/0080759号で説明されるように)。
上記全ての場合において、測定適合度は、測定器と患者の眼との位置合わせのばらつきにより損なわれる。また、患者は、測定器を個人で適切に使用するために、臨床医を介さずに自身で測定器を使用し、位置合わせできることが重要である。
更に、無侵襲的に眼の糖濃度及び他のパラメータを測定する際、必ずしも眼への位置合わせが適切に達成できるとは限らない場合もある。
本発明の第1の態様によると、使用時にプローブ用ビームを放射するように構成される光源であり、光学系が使用時にプローブ用ビームを測定部位に入射するように構成される光源と、測定部位から反射ビームを受光でき、複数の検出器素子を含む絞り無し検出器装置と、絞り無し検出器装置に動作可能に連結される処理リソースとを含む光学系を含む共焦測定装置が提供され、処理リソースは、使用時に反射ビームにより照明される複数の検出器素子の数を識別し、選択される検出器素子により生成される出力信号に関して計算する所定の基準に基づいて複数の検出素子の数から検出器素子を選択するように構成される。
基準は最大発光強度であってもよい。基準は所定の発光強度閾値を上回る発光強度であってもよい。基準は時間に対する検出器素子の照明の動きであってもよい。
出力信号に関する計算は、光学系の受光軸との測定部位の位置合わせ不良の程度の計算であってもよい。
光学系は受光軸を有してもよく、複数の検出素子の数を選択することは、光学系との測定部位の位置合わせ不良に起因する受光軸に対する反射ビームの軸外伝播を補正する働きをしてもよい。
本発明の第2の態様によると、プローブ用ビームを放射することと、プローブ用ビームを測定部位に入射することと、測定部位からの反射ビームを複数の検出器素子を含む絞り無し検出器で受光することと、反射ビームにより照明される前記複数の検出素子の数を識別することと、選択される検出器素子により生成される出力信号に関して計算する所定の基準に基づいて複数の検出素子の数から検出器素子を選択することとから成る共焦測定の方法が提供される。
本発明の第3の態様によると、使用時にプローブ用ビームを放射するように構成される光源であり、光学系が使用時にプローブ用ビームを測定部位に入射するように構成される光源と、測定部位から反射ビームを受光でき、複数の検出器素子を含む絞り無し検出器装置と、絞り無し検出器装置に動作可能に連結される処理リソースとを含む光学系を含む共焦測定装置が提供され、処理リソースは、使用時に反射ビームにより照明される複数の検出素子の数を識別し、複数の検出素子の数に対する発光強度を評価するように構成される。
発光強度の評価は、複数の検出素子の数に対する平均発光強度の計算であってもよい。
平均値は、絞り無し検出器装置の空間寸法に対して生成されてもよい。
評価は、複数の検出器素子の数の積分により行ってもよい。複数の検出器素子の数は、ある期間にわたり積分されてもよい。
複数の検出素子の数は、所定の基準に基づいて識別されてもよい。基準は、所定の発光強度閾値を上回る照明強度であってもよい。
光学系は、測定部位を含む複数の測定部位又は連続する測定部位にプローブ用ビームを入射するように構成されてもよい。
生理的な体の一部は測定部位を含んでもよい。生理的な体の一部は眼である。
本発明の第4の態様によると、プローブ用ビームを放射することと、プローブ用ビームを測定部位に入射することと、複数の検出器素子を含む絞り無し検出器で測定部位からの反射ビームを受光することと、反射ビームにより照明される複数の検出素子の数を識別することと、複数の検出素子の数に対して発光強度を評価することとから成る共焦測定の方法が提供される。
本発明の第5の態様によると、使用時に電磁放射のビームを生成するように構成される光源及び使用時に電磁放射のビームを測定部位に入射するように構成される光学系と、使用時に測定部位から反射ビームを受光し、反射ビームの受光に応答し、光学系との測定部位の位置合わせの程度を示すフィードバック情報を提供するように構成されるフィードバック構成とを含む光学測定装置が提供される。
測定部位は眼の特徴の部位であってもよく、光学系は眼から反射ビームを受光するように構成されてもよく、光学系は少なくとも反射ビームの部分を再び眼に入射するように更に構成されてもよく、再入射される反射ビームはフィードバック情報を構成する。電磁放射のビームは位置合わせ画像を含んでもよく、反射ビームは位置合わせ画像を更に含む。
反射画像は眼の角膜に起因してもよい。反射画像は眼のレンズに起因してもよい。反射画像は眼の網膜に起因してもよい。反射画像はプルキンエ画像であってもよい。
光源は消失点に対して複数の画像を生成するように構成されてもよく、光学系は、使用時に複数の画像をその位置合わせに対する眼に入射するように更に構成される。フィードバック構成は、位置合わせされた状態に対応する所定の軸に対する反射ビームの受光に応答してフィードバック情報を生成するために、撮像装置に動作可能に連結される処理リソースを含んでもよい。
測定部位は眼の特徴の部位であってもよく、フィードバック構成は、使用時に光学系に対して眼の特徴の部位を判定するように構成されてもよい。光学系は、所定の軸を構成する受光軸を有してもよく、処理リソースは、受光軸との眼の特徴の測定部位の位置合わせの程度を示すものとしてフィードバック情報を提供するように構成されてもよい。
フィードバック構成は、撮像装置に動作可能に連結される処理リソースを含んでもよく、光学系は受光軸を有してもよく、測定部位は、第2の軸を有する眼の第1の軸と同軸を有してもよく、処理リソースは、第2の軸を受光軸と位置合わせするために、受光軸との第1の軸の位置合わせ不良を取得するフィードバックを提供するように構成されてもよい。
受光軸は撮像装置から延出してもよい。
フィードバック情報は、位置合わせの可聴指示又は視覚指示であってもよい。
光源は、眼に不可視であるプローブ用測定ビームを放射できてもよい。
光源はプローブ用測定ビームを生成するように構成されてもよく、光学系は、使用時にプローブ用測定ビームを測定部位に入射するように構成され、装置は、使用時に測定部位からプローブ用反射測定ビームを受光するように構成される検出器を更に含んでもよい。プローブ用測定ビームは、電磁放射のビームとしても機能してもよい。
フィードバック構成は撮像装置に動作可能に連結される処理リソースを含んでもよく、処理リソースは、撮像装置の照明に対応し、フィードバック情報を構成する第1の特徴の第1の測定値を生成するように構成される。処理リソースは、撮像装置の照明に対応し、第1の測定値とは異なる種類である第2の特徴の第2の測定値を生成するように構成されてもよい。
第1の測定値は第1の特徴の定性的な測定値を含んでもよく及び/又は第2の測定値は第2の特徴の定性的な測定値であってもよい。
第1の測定値は第1の特徴の定量的な測定値を含んでもよく及び/又は第2の測定値は第2の特徴の定量的な測定値であってもよい。
装置は、照明に関する特徴データを格納し且つ光学系との実質的に最適な位置合わせの状態に対応する記憶装置を更に具備してもよい。
装置は、照明に関する特徴データを格納し且つ光学系との位置合わせ不良の状態に対応する記憶装置を更に具備してもよい。
処理リソースは、光学系との測定部位の位置合わせ又は位置合わせ不良を判定するために格納される特徴データをフィードバック情報と比較するように構成されてもよい。
生理的な体の一部は測定部位を含んでもよい。生理的な体の一部は眼であってもよい。
本発明の第6の態様によると、電磁放射のビームを生成することと、電磁放射のビームを測定部位に入射することと、光学系を介して測定部位から反射ビームを受光することと、反射ビームの受光に応答して光学系との測定部位の位置合わせの程度を示すフィードバック情報を提供することとから成る光学測定の方法が提供される。
本発明の第7の態様によると、使用時に第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像を生成するように構成される光源、並びに使用時に第1の画像及び第2の画像を眼の特徴の測定部位を位置合わせする画像平面に入射するように構成される光学系を含む光学位置合わせ装置が提供され、第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像は、眼が光学系と位置合わせされない場合に空間的に離間して現れ且つ眼が光学系と位置合わせされる場合に意図する相対的な位置に現れるように構成される。
光学系は受光軸を有してもよく、第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像は、眼が受光軸と位置合わせされない場合に空間的に離間して現れ且つ眼が受光軸と位置合わせされる場合に意図する相対的な位置に現れるように構成されてもよい。
意図する相対的な位置は、重ね合わされる第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像に対応してもよい。
第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像は画像の未完成の部分であってもよく、意図する相対的な位置は、画像を完成させるように組み合わされて現れる第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像に対応する。
装置は、第1の位置合わせ画像と第2の位置合わせ画像との空間離間を制御するために光源に動作可能に連結される処理リソースを更に含んでもよい。
第1の位置合わせ画像と第2の位置合わせ画像との空間離間は、眼の軸を光学系と位置合わせするために適応可能であってもよい。眼の軸は眼の光軸であってもよい。眼の軸は眼の視軸であってもよい。
第1の位置合わせ画像の輪郭は変更可能であってもよく及び/又は第2の位置合わせ画像の輪郭は変更可能であってもよい。
光学系は、第1の位置合わせ画像を静止画として提供してもよい。装置は、第1の位置合わせ画像と第2の位置合わせ画像との空間離間を変動させるように第2の位置合わせ画像を移動可能に表示できる表示装置を更に含んでもよい。
光学系は、第2の位置合わせ画像に対する折り返し経路を提供するように構成されてもよい。
第1の位置合わせ画像は眼を調節不可にするために提示されてもよく及び/又は第2の位置合わせ画像は眼を調節不可にするために提示されてもよい。
第1の位置合わせ画像は、眼を調節不可にするために無限を構成する見掛け被写体距離を有するように提示されてもよく及び/又は第2の位置合わせ画像は、眼を調節不可にするために無限を構成する見掛け被写体距離を有するように提示されてもよい。
第1の位置合わせ画像は、眼の調節量を制御するように提示されてもよく且つ/又は第2の位置合わせ画像は、眼の調節量を制御するように提示されてもよい。
光源は、使用時に第1の位置合わせ画像を含むプローブ用測定ビームを放射するように構成されてもよい。
生理的な体の一部は測定部位を含んでもよい。
本発明の第8の態様によると、第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像を生成することと、眼の特徴の測定部位を位置合わせする画像平面に第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像を入射することと、眼が光学系と位置合わせされない場合に空間離間して現れ且つ眼が光学系と位置合わせされる場合に意図する相対的な位置に現れるように、第1の位置合わせ画像及び第2の位置合わせ画像を提供することとから成る光学位置合わせの方法が提供される。
本発明の第9の態様によると、本発明の第2の態様、第4の態様、第6の態様又は第8の態様のうちのいずれか1つに対して上述されたような方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム素子が提供される。
コンピュータプログラム要素は、コンピュータ可読媒体上で具体化されてもよい。
従って、共焦測定装置の光学系又は非共焦測定装置の光学系を眼の表面等の測定部位に位置合わせさせ、眼の他の特性、例えば眼の各表面の場所又は眼の構成要素の厚さ又は場所、あるいは眼に可視である医療条件を測定するために使用される自然発生する化学物質及び意図的に添加される化学物質の双方を含む眼の他の化合物の濃度を判定できるようにする装置及び方法を提供することが可能である。
次に、添付の図面を参照して、本発明の少なくとも1つの実施形態を単なる一例として説明する。
本発明の一実施形態を構成する1つの装置を示す概略図である。 図1の装置により生成される位置合わせ不良状態の位置合わせマーカ画像を示す概略図である。 位置合わせ済状態で見る場合の図2の位置合わせマーカ画像を示す概略図である。 本発明の別の実施形態を構成する図1の装置への変更を示す概略図である。 図4の装置の変更の部分を更に詳細に示す概略図である。 本発明の更なる実施形態を構成する図5の装置の部分への変更を示す概略図である。 本発明の更に別の実施形態を構成する1つの装置を示す概略図である。 検出器素子の配列を示す概略図である。
以下の説明全体を通して、同一の図中符号は同様の部分を識別するために使用される。
図1を参照すると、グルコメータ等の光学測定装置は、第1の電磁放射源102を含む光学系100を含み、近赤外光等、例えば眼には不可視の光である可視光は、測定時の眼に対する不快感を軽減するように使用される。第1の放射源102の出力ウィンドウ(不図示)は、第1の放射源102の光路に配置される第1のビームスプリッタ104に対して配向される。第1のビームスプリッタ104は、第1の放射源102の光路を走査レンズ106に対して折り曲げるように機能する。この例において、走査レンズ106は単レンズとして示されるが、レンズシステムが走査レンズ106又は任意の他の適切な光学構成として機能し、実際に測定するために走査又は無走査することは、当業者には理解されるだろう。走査レンズ106は、第1の放射源により放射されるプローブ用測定ビームが測定部位132を含む複数の測定部位又は連続する測定部位に入射される英国特許出願公開第B2407378号及び英国特許出願公開第A2409033号に従って、測定部位132に近接するか又は測定部位132から離間するように直線的に平行移動できる。ビームスプリッタ104は半透明鏡であるが、任意の適切な他の光学素子又は光学構成、例えば偏光ビームスプリッタ及び偏光ビームスプリッタと走査レンズ106との間に配設される1/4波長板がビームスプリッタ104として機能するように採用されることは、当業者には理解されるだろう。
第1のビームスプリッタ104が走査レンズ106と第1の集光レンズ108との間に配置されるように、第1の集光レンズ108は第1のビームスプリッタ104と対向して配設される。光学測定装置は共焦システムであり、ピンホールを構成する絞り110は第1の集光レンズ108と対向して配設され、検出器112は絞り110に隣接して配設される。この例において、検出器112はフォトダイオード(図1では不図示)を含む。
第2の放射源114は、光学系100の受光軸116から離れて配置される。この例において、第2の放射源114は、第2のビームスプリッタ120で光軸116と交わる接線位置合わせ軸118と位置合わせされる。しかし、ブルースタ位置合わせ軸等の接線位置合わせ軸118ではなく、他の非接線位置合わせ軸が採用されてもよい。第1のグラティキュール122は、第2の放射源114の前に配設される。同様に、第3の放射源124は、接地位置合わせ軸118に対して垂直に配設され、第2のビームスプリッタ120と第1のグラティキュール122との間の接地位置合わせ軸118に配設される第3のビームスプリッタ126で入射される。第2のグラティキュール128は、第3の放射源124と第3のビームスプリッタ126との間に配設される。第2の集光レンズ130は、第2のビームスプリッタ120に隣接する接地位置合わせ軸118に配置される。ここでも、第2の集光レンズ130が測定部位132で名目上平行なビームを生成する任意の適切なレンズ構成であってもよいことは、当業者には理解されるだろう。
第1のグラティキュール122及び第2のグラティキュール128は、各形状、例えば同一サイズ又は異なるサイズの十字線又は円を規定するように構成される。
図2を参照すると、第1のグラティキュール122が眼204により見られる第1の位置合わせマーカ画像200を生成できる第1の表示装置であり、第2のグラティキュール128が眼204により見られる第2の位置合わせマーカ画像202を生成できる第2の表示装置であることは、当業者には理解されるだろう。特に、眼204は、光学系100の受光軸116と位置合わせされる第1の軸206、例えば光軸を有する。この例において、第1の表示装置は第1の液晶ディスプレイ(LCD)装置であり、第2の表示装置は第2のLCD装置である。しかし、1つ以上の空間光変調器(SLM)等の他の画像装置が採用されてもよいことは、当業者には理解されるだろう。第2の放射源114及び第3の放射源124、並びに第1のグラティキュール122及び第2のグラティキュール128は、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202の放射源を構成する。
第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202の生成専用の別個の表示装置を使用するのではなく、例えば単一の画像装置を一方の半片が第1の位置合わせマーカ画像200の生成を担い且つ他方の半片が第2の位置合わせマーカ画像202の生成を担う2つの機能半片に分割すること及び第1の位置合わせマーカ画像200と第2の位置合わせマーカ画像202との間の空間分離を眼204に示すためにそこに隣接して配設されるレンズ構成を有することにより、機能的に区分された単一の画像装置が採用されてもよい。
この例では実現されないが、第1の表示装置及び第2の表示装置は、例えば第1の位置合わせマーカ画像200が無限の見掛け被写体距離を有するように集光され且つ第2の位置合わせマーカ画像202が眼204に更により近接して集光されるように構成される。実際には、第1の位置合わせマーカ画像200は約6メートルの見掛け被写体距離にある。更により長い見掛け被写体距離の目的は眼204を調節不可にすることであり、これは数回の測定に対して必要である。実際、要求に応じて、見掛け被写体距離は、必要とされる眼の調節量を達成するために制御される。
この例では2つの位置合わせマーカ画像を採用したが、更に多くの位置合わせマーカ画像が採用されてもよい。別の実施形態において、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202は、絞り及び指標として構成される。従って、十字が絞り(円形に形成される第1の位置合わせマーカ画像200)を介して見られているという印象を患者に与えるように、例えば第1の位置合わせマーカ画像200は円形に形成され且つ第2の位置合わせマーカ画像202は十字又は他の指標である。この点において、第1の位置合わせマーカ画像200は、光透過絞りを有するオペークスクリーンにより形成される。光透過絞りは、第2の位置合わせマーカ画像202を見るための穴として機能することにより、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202を位置合わせする。
この例において、第1の位置合わせマーカ画像200は眼204からの第1の焦点距離に現れるように生成され、第2のマーカ画像200は眼204からの第2の焦点距離に現れるように生成される。光学系100の受光軸116に沿って見られる場合、第1のマーカ画像200及び第2のマーカ画像202は重ね合わさって現れる。マイクロプロセッサ(図1では不図示)は、第1の位置合わせマーカ画像200と第2の位置合わせマーカ画像202との間の空間分離を制御するために、第2の放射源114及び/又は第3の放射源124に連結される。この点において、第1の位置合わせマーカ画像200と第2の位置合わせマーカ画像202との間の空間分離は、測定部位132に依存して眼の光軸又は視軸等の眼の種々の軸を受光軸116に位置合わせするために構成される。
動作時、第2の放射源114及び第3の放射源124は、第1のグラティキュール122及び第2のグラティキュール128又は表示装置をそれぞれ通過する光を放射し、第3のビームスプリッタ126に入射し且つ第2の集光レンズ130を通過する前に合成される第1の画像ビーム及び第2の画像ビームを提供する。その後、合成ビームは、第2のビームスプリッタ120により、この例においては眼204(図2)の測定部位132(図1)に入射される。第1の位置合わせマーカ画像200は眼204からの第1の焦点距離に現れるように生成され、第2のマーカ画像200は眼204からの第2の焦点距離に現れるように生成される。光学系100の受光軸116に沿って見られる場合、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202は重ね合わさって現れるか又は同軸に現れる。
眼204の第1の軸206は、一般に、最初は光学系100の受光軸116と位置合わせされない。従って、眼204の視野210は、互いから空間的に分離した第1のマーカ画像202及び第2のマーカ画像202を視差の結果としてみなす。
第1の位置合わせ画像200及び第2の位置合わせ画像202を重ね合わそうと、例えばソケットで頭及び/又は眼を動かすことにより眼204を動かす場合(図3)、眼204の第1の軸206は光学系100の受光軸116と位置合わせされる。この点において、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202のうちの一方は、例えば基準となるように固定され、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202のうちの他方は、受光軸116に対する眼204の動きに応答して動こうとする。
位置合わせされると、例えば英国特許出願公開第B2407378号及び英国特許出願公開第A2409033号に記載された技法に従って、この時点で光学系100の受光軸116と位置合わせされた部位132に対して測定する。いくつかの実施形態において、第1の位置合わせマーカ画像200及び/又は第2の位置合わせマーカ画像202を更に形成するように、プローブ用ビームを測定のために使用することが望ましい。
この例において、第1のマーカ画像200及び第2のマーカ画像202は十字線である。しかし、上述のように、第1のマーカ画像及び第2のマーカ画像は、異なる直径の円等、種々の輪郭を有してもよい。その結果、別の視野212(図2)において、円は、第1の軸206が受光軸116に対して位置合わせ不良である場合は空間的に分離するか又は同軸を有さないが、第1の軸206が受光軸116と位置合わせされる場合には同軸を有する(図3)。
上述のように、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202の輪郭は、上述の十字線又は円とは異なってもよい。この点において、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202の輪郭は、例えば子供の興味を引きつけるために別の形式を有することが望ましい。従って、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202は2つ以上の絵画画像であり、例えば1つ以上の漫画のキャラクター又はその部分は、位置合わせされる場合に単一の絵画画像、例えば単一の漫画のキャラクターを形成するように合成される。実際、光学測定装置は、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202の輪郭を選択できるように構成される。従って、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202は、位置合わせを示すために完全に又は部分的に重なり合う必要はないことが分かる。それよりも、光学系100は、位置合わせが完了し患者に周知される場合に、第1の位置合わせマーカ画像200及び第2の位置合わせマーカ画像202が意図する相対的な位置に現れるように構成される。
別の実施形態において、第1の表示装置及び第2の表示装置は、互いに対して非直交の関係で配設され、ブルースタビームスプリッタ(不図示)は、眼204の視野で第1の位置合わせマーカ画像200と第2の位置合わせマーカ画像202との合成を容易にするように提供される。これにより、より小型の光学測定装置を構成するための内部レイアウトを設計する際により順応になる。
更なる実施形態において、図1の光学系100は、第3の放射源124、第2のグラティキュール128及び第3のビームスプリッタ126が採用されないように変更される。図4を参照すると、代わりにフィードバック素子400が、例えば走査レンズ106上の中心位置で受光軸116と同軸に配設され、この例においては軸咬合部として機能する。しかし、軸咬合部は、第1の放射源102と測定部位132との間の光路のどこか他の位置に設けられてもよい。
従って、1つの位置合わせマーカ画像、例えば第1の位置合わせマーカ画像202のみが採用される。第1の位置合わせマーカ画像200は、パターン(不図示)を形成する先の実施形態の第2の放射源114及び第1のグラティキュール122を使用して実現される。あるいは、第1の放射源102は、一般に、パターン402が配設される場所に隣接するコリメーティングレンズ(不図示)を含む。
動作時(図4及び図5)、一例として眼204を使用して、第2の放射源114は、第1のグラティキュール122と共同し、第2のビームスプリッタ120を介して眼204に対する測定部位132に向けて伝播する位置合わせビーム500を生成する。図5を参照すると、眼204は、前部角膜表面502及び対応する曲率504の中心を有する。更に角膜表面502は、それに関連付けられる反射焦点506を更に有する。位置合わせビーム500は、前部角膜表面502の曲率504の中心で集光される場合に再帰反射される。しかし、位置合わせビーム500が反射焦点506で集光される場合、平行反射ビーム508が得られる。反射は、この例における測定部位である前部角膜表面502での反射により形成されるいわゆる「プルキンエ」反射である。
この例において、フィードバック素子400はミラー又は他の反射表面であるが、位相共役反射器又は再帰反射器等の他の適切な光学素子が採用されてもよいことは、当業者には理解されるだろう。その結果、プリキンエ画像は、眼を光学系100の光軸116に位置合わせする患者に可視となるように、フィードバック素子400により再び眼204に反射される。光を検出するより多くの検出器素子のうちの1つが素子400として採用されてもよいことは、当業者には理解されるだろう。検出器素子は、情報を再び患者又は臨床医に供給する。
測定部位132が光学系100の光軸116と位置合わせ不良である場合、平行反射ビーム508は受光軸116に対して軸外である。
患者が眼204上の部位132又は眼204の中の部位132を光学系100の受光軸116と位置合わせする時、反射平行ビーム508の軸が受光軸116上で集束するため、反射プリキンエ画像は患者の視野で第1の位置合わせマーカ画像200に重なり合い始める。フィードバック素子400は、完全に位置合わせされるか又は所定の量だけ中心を外れる場合に、反射プリキンエ画像が第1の位置合わせマーカ画像200に完全に重なり合うように構成される。
フィードバック素子400が走査レンズ106に隣接して配設されるか又は走査レンズ106上に配設される場合、重なり合った反射プリキンエ画像は光学系として焦点にブリングイン及びブリングアウトされ、例えば走査レンズ106は眼204に対して動く。しかし、反射プリキンエ画像は、眼204の光学系のおかげで眼204に対する焦点に戻される。
プリキンエ画像の使用は、光学系100の受光軸116との眼204の測定部位132の位置合わせに関するフィードバックを患者に提供するために採用される反射の一例にすぎない。プリキンエ画像は、角膜表面又は接眼レンズ表面での拡散ビーム又は平行ビームの反射の結果として得られる。フレネル反射及び平行反射又は任意の他の適切な反射は、光学系100の受光軸116との位置合わせの程度を患者に通知する方法として、再び眼204に入射される。実際、眼のレンズ及び/又は眼の網膜等、眼の他の部位からの反射は、位置合わせの程度を判定するために使用される。
例えば光学系100における反射表面の曲率の1つ以上の半径を特定することで第1の位置合わせマーカ画像200とプリキンエ画像(又は他の反射画像)との分離を制御することにより、第1の位置合わせマーカ画像200とプリキンエ画像との間のz分離、即ちいわゆる「作動距離」を制御できる。特に、これは、例えば所望のz分離が達成されるように走査レンズ106の曲率の半径を特定することにより達成されるため、1つ以上の反射の動きの感度を制御する。更に、複数の反射表面が採用される場合、感度が種々の程度で達成される。この点において、使用される位置合わせマーカ画像の多くに依存して多数の焦点が取得される結果、測定部位132が光学系100の受光軸116と位置合わせされる際に眼204は同軸画像を見る。尚、走査レンズ106の表面の曲率の半径が上述のz分離を制御するために使用される一方、曲率の異なる半径の反射表面は、同一の目的を達成するために走査レンズ106の前又は後ろに配設される。
別の実施形態において、メニスカスレンズ、凹レンズ及び/又は凸レンズ等のレンズ(不図示)は、前部角膜表面502又は他の測定部位132とフィードバック素子400との間の光路に配置されるように光学系100に配設される。動作時、前部角膜表面502からの反射平行ビーム508の一部分は、メニスカスレンズを通過し、フィードバック素子400により再び眼204に反射される。反射平行ビーム508の残りの部分がメニスカスレンズの表面により再び眼204に反射される結果、集光反射ビームが眼204に入射する。従って、眼204は、第1の位置合わせマーカ画像200に加えて2つの反射を確認する。2つの反射のうちの一方はフィードバック素子400に起因し、2つの反射のうちの他方は、フィードバック素子400からの反射ビームよりも測定部位132の位置合わせ不良により敏感である集光反射ビームに起因する。従って、反射画像は、メニスカスレンズがフィードバック素子400からの反射よりも速く動くことに起因し、患者に粗位置合わせ及び精細な位置合わせを示す。
別の実施形態(図6)において、図4の実施形態は、回転ミラー600が測定部位132からの反射の経路に配設され、検出器装置601が接線位置合わせ軸118に配設される範囲で変更される。この例において、検出器装置601は電化結合素子(CCD)である。しかし、任意の他の適切な画像装置、例えばいわゆる「ウェブカム」、位置検知形検出器又は直角位相検出器等のデジタルカメラが採用されてもよいことは、当業者には理解されるだろう。マイクロプロセッサ602等の処理リソースは、検出器装置601に連結され、出力装置604及び記憶装置606、例えば電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)等の不揮発性メモリ素子は、プロセッサ602に動作可能に連結する。図示しないが、プロセッサ602は、制御器モジュール及び/又はインタフェースモジュールを介して出力装置604に連結される。
プロセッサ602は、もしあれば光学系100の受光軸116に対する測定部位132の位置合わせ不良の程度を判定するために、そこに入射する光で検出器装置601の誘導に起因する出力信号を分析するソフトウェアを実現する。
動作時、位置合わせビーム500は眼204の前部角膜表面502により反射され、結果として得られる平行反射ビーム508は、回転ミラー600及び第3のビームスプリッタ126により検出器装置601に入射される。従って、結果として得られる平行反射ビーム508は検出器装置601に入射する。検出器装置601は、上述したのと同様の方法で出力信号を生成することにより入射平行反射ビームに応答する。出力信号は、プロセッサ602により受信され、光学系100の受光軸116との測定部位132の位置合わせ不良の程度を判定するために信号処理する必要がある。
この点において、プロセッサ602は記憶装置606に格納される空間プロフィールデータへアクセスできる。空間プロフィールデータは、照明される必要がある検出器装置601の素子を示し、要求に応じてほぼ軸上になるように反射平行ビーム508を受光することに対応する関連する最小信号レベルを示す。従って、出力信号は、上述の位置合わせの程度を判定するために、プロセッサ602により、格納された空間プロフィールデータと比較される空間プロフィールを有する。空間プロフィールは、検出器装置601のどの素子が照明されるかを示すデータである。要求に応じて、位置合わせ、1つ以上の位置合わせ不良の状態に対応する格納データを判定する逆の方法がとられる。また、空間プロフィールデータは、経験的に取得される空間プロフィールデータを使用するのではなく、リアルタイム又は略リアルタイムにモデル化及び生成される。いくつかの種類の測定の場合、プロセッサ602は、検出器装置601の照明の種々の特徴、測定された種々の特徴と種々の感度を有する位置合わせとの相関性を測定することが望ましい。種々の特徴は、定量的及び/又は定性的である。
とにかく、この例において位置合わせの程度が計算されると、例えば1から10の段階でマップされ、フィードバック情報として出力装置604に提供される。当然、計算された位置合わせの程度又はプロセッサ602の他の関連出力データは、フィードバック情報を構成するように出力装置604に提供される。
その後フィードバック情報は、この例において、可聴信号又は位置合わせの強度を示す動くバー等の視覚フィードバックとして患者に通信される。視覚フィードバックは、グラフィカルフィードバックが眼204に可視であるように、光学系100に組み込まれた表示装置(不図示)により提供される。別の実施形態において、第1の位置合わせマーカ画像200又はパターンは、LCD装置等の表示装置により生成される。表示装置は、例えば第1のグラティキュール122の代わりに配設されるか、第1の放射源102と第1のビームスプリッタ104との間に配設されるか又は第1のビームスプリッタ104と第2のビームスプリッタ120との間に配設される。当然、フィードバック情報は、可聴信号又は視覚フィードバックとして提示されるだけでなく、患者に対してふさわしい任意の適切な知覚フィードバックとして提示されることは、当業者には理解されるだろう。いくつかの実施形態において、フィードバック情報は臨床医により使用される。
フィードバック情報の提供に関する上述の例において、上述のように、第1の放射源102は、測定中に測定部位132により反射されるプローブ用測定ビーム(不図示)を生成し、検出器112は、プローブ用反射測定ビームを受光する。いくつかの実施形態において、プローブ用測定ビームは位置合わせビーム500として機能する。
当然、位置合わせは、光学系100の任意の所定の軸及び必ずしも眼に関連しない測定部位132に対して測定されることが理解されるべきである。また、測定部位の位置合わせは、測定部位を含む体部と関連付けられる別の軸、例えば眼の視軸及び光軸の位置合わせ不良を介して間接的に達成される。一方とは意図的に個別に位置合わせ不良となる結果、他方とは位置合わせされる。
図7を参照すると、別の実施形態において、第1の位置合わせマーカ画像200又は第2の位置合わせマーカ画像202は、位置合わせを判定するために使用される必要はない。従って、図1の第2のビームスプリッタ120、第3のビームスプリッタ126、第2の集光レンズ130、第1のグラティキュール122及び第2のグラティキュール128、並びに第2の放射源114及び第3の放射源124は採用されない。その代わりに、測定部位132に対して測定するために使用されるプローブ用測定ビーム700の反射が採用され、位置合わせ又は位置合わせ不良を判定する。位置合わせの程度を判定するようにプローブ用測定ビーム700を使用するために、検出器112は、配列、例えば電荷結合素子(CCD)、相補型金属酸化物(CMOS)検出器、フォトダイオード又はいわゆる「ニプコー円板」等の走査点検出器の配列として構成される複数の検出器素子702を含む。検出器112は、電磁放射を電気エネルギーに変換できる任意の適切な検出器であってもよい。この例では図示しないが、必要に応じて、検出器112は、アナログデジタル変換器及び/又は空間分析モジュール等、任意の適切な信号処理モジュールに結合される。
光学系100は共焦である。しかし、絞り110は採用されない。その代わりに、プロセッサ602がデジタル信号プロセッサ(DSP)として採用される。プロセッサ602は、検出器112に連結され、1つ以上のデジタル信号処理技法を使用して絞り110の機能を実行するように適切にプログラムされる。
動作時、プローブ用測定ビーム700は測定部位132に入射する。しかし、光学系100の受光軸116との測定部位132の位置合わせ不良のため、プローブ用測定ビーム702の反射の結果、受光軸116からずれるプローブ用反射ビーム704が得られ、軸外反射となる。プローブ用反射ビーム704は、第1の集光レンズ108により検出器112の複数の検出器素子702に集光される。
複数の検出器素子702のうちの多くはプローブ用集光反射ビーム704により照明され、照明される複数の検出器素子702の量及び場所は、光学系100の受光軸116からのプローブ用反射ビーム704の偏差の程度に依存する。
この例において、プロセッサ602は、プローブ用集光反射ビーム704により照明される複数の検出器素子702の多くを識別する。その後、プロセッサ602は、所定の基準に基づいて識別される複数の検出器素子702の多くのうちの1つ以上を選択する。この例において、基準は、例えば素子が照明されるか否かの離散照明である。プロセッサ602は、照明される検出器素子の一致を記憶装置606により格納される位置合わせ照明データと比較し、測定部位132が受光軸116と実質的に位置合わせされる際に照明される複数の検出器素子702のこれらの素子を識別する。その結果、位置合わせ不良が存在する場合、その位置合わせ不良の程度は、照明される検出器素子の一致を格納される位置合わせ照明データと比較することにより判定される。
位置合わせ(又は位置合わせ不良)の程度の計算を容易にするために、他の基準、例えば照明の経時変化又は最大発光強度等の発光強度が更に使用される。先の基準に対して、検出器素子の照明の経時変化を認識することは、受光軸116に対する測定部位132の動き、即ち位置合わせ済状態への収束又は位置合わせ済状態からの発散を示す。プロセッサ602は、時間の進行に伴う今後の検出器素子702の照明を予想するため、即ち測定される検出器素子照明データの処理を最適化するためにこの情報を使用する。
更に又はあるいは、発光強度の基準に対して、1つ以上の検出器素子702は、信号処理のためにこの基準に基づいて選択される。例えば所定の発光強度閾値を上回る発光強度に露出される検出器素子が選択される。選択される1つ以上の検出器素子702により生成される出力信号は処理アルゴリズムに影響され、最大発光強度、例えばいわゆる「近傍」に対応する検出器素子に隣接する照明される検出素子の数を選択する等、不在の絞り110により以前実行された機能を実行する。
上述の技法は絞り110を採用する共焦光学系よりも集中的に処理しているが、プロセッサ602と組み合わせて絞り無し検出器112を使用することにより、光学系100の開口数が制限されるためにプローブ用反射ビーム704が損なわれる場合、プローブ用測定ビーム700の軸外反射を使用できる。それにより、軸外反射を補正する。
別の例(図8)において、複数の検出器素子702の注目素子(1つ以上)800は、上述の発光強度基準に基づいて選択される。その後、プロセッサ602は、選択される複数の検出器素子702の注目素子800に隣接する検出器素子802を調査する。プロセッサ602は、調査される隣接素子802の中から隣接検出器素子等の検出器素子を最適化出力選択アルゴリズムに従って選択し、検出器素子又は任意の他の適切な基準により受光される光の強度、強度閾値、強度分布に基づいて複数の検出器素子702及び選択される隣接検出器素子804の注目素子800に起因する出力信号を評価する。他の計算が実行されてもよいが、この例における評価は積分値の計算であり、例えば選択される隣接検出器素子を空間的に平均化する。上記複数の検出器素子702の注目素子800に起因して、計算される積分出力信号が積分出力信号を上回る場合、プロセッサ602は、測定部位132が受光軸116と位置合わせ不良にされるか又は任意の他の信号が損なわれるかを判定する。その後、この判定は、知覚フィードバック指示として患者又は臨床医に通信される。
当業者は、上述の任意の位置合わせ技法において、片方の眼が位置合わせに使用され且つもう片方の眼が測定に使用されることを理解する必要がある。あるいは、両眼を位置合わせのために使用することにより被験者の快適さを向上させ、眼の動きを軽減する。
本明細書で言及する「光」は、明確に示されない限り、約550ナノメートル〜約1400ナノメートル又は約600ナノメートル〜約1000ナノメートル等、例えば約350ナノメートル〜約2000ナノメートルの電磁スペクトルの光学範囲に関して言及することを意図する。
光学系100は自由空間で実現される必要はなく、導波路型の設計、例えばファイバ光学型の設計に従って実現されてもよいことを更に理解する必要がある。この点において、導波路装置は少なくとも光学系100の部分を含む。
主に人間の眼に関して上記例を説明したが、状況により本明細書で説明される技法が任意の反射表面、例えば人間又はその他の任意の体の部分の測定に関して採用されることは、当業者には理解されるだろう。同様に、生理的パラメータは、体に関する上記技法を使用して測定される。生理的パラメータの一例は、血糖濃度である。
光学測定装置は、個人使用又は臨床使用の携帯装置、例えば臨床医が存在する臨床的な環境用の携帯型装置、あるいは卓上装置、机上装置又はベンチ上装置として提供される。
本発明の他の実施形態は、例えばディスケット、CD ROM、ROM又は固定ディスク等の有形データ記憶媒体に格納される一連のコンピュータ命令であるコンピュータシステムと共に使用するコンピュータプログラム製品として実現されるか、あるいはマイクロ波又は赤外線等の有形媒体又は無線媒体を介して送信されるコンピュータデータ信号において具体化される。一連のコンピュータ命令は、上述の機能性の全て又は一部を構成し、半導体メモリ素子、磁気メモリ素子、光学メモリ素子又は他のメモリ素子等の揮発性又は不揮発性の任意のメモリ素子に格納される。

Claims (17)

  1. 使用時にプローブ用ビームを放射するように構成される光源であり、光学系が使用時に前記プローブ用ビームを測定部位に入射するように構成される光源と、
    前記測定部位から反射ビームを受光でき、複数の検出器素子を含む絞り無し検出器装置と、
    前記絞り無し検出器装置に動作可能に連結される処理リソースとを含む前記光学系を含み、
    前記処理リソースは、使用時に前記反射ビームにより照明される前記複数の検出器素子のいくつかを識別し、選択される検出器素子により生成される出力信号に関して計算する所定の基準に基づいて前記複数の検出器素子のいくつかから前記検出器素子を前記選択するように構成され
    前記光学系は受光軸を有し、
    前記複数の検出器素子のいくつかを前記選択することは、前記光学系との前記測定部位の位置合わせ不良に起因する前記受光軸に対する前記反射ビームの軸外伝播を補正する働きをすることを特徴とする共焦測定装置。
  2. 前記基準は最大発光強度であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 前記基準は所定の発光強度閾値を上回る発光強度であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
  4. 前記基準は時間に対する検出器素子の照明の動きであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置。
  5. 前記出力信号に関する前記計算は、前記光学系の受光軸との前記測定部位の位置合わせ不良の程度の計算であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の装置。
  6. 共焦測定の方法であって、
    プローブ用ビームを放射することと、
    前記プローブ用ビームを測定部位に入射することと、
    前記測定部位からの反射ビームを複数の検出器素子を含む絞り無し検出器で受光することと、
    前記反射ビームにより照明される前記複数の検出器素子のいくつかを識別することと、
    選択される検出器素子により生成される出力信号に関して計算する所定の基準に基づいて前記複数の検出器素子のいくつかから前記検出器素子を前記選択することとを含み、
    前記反射ビームを受光する光学系は受光軸を有し、
    前記複数の検出器素子のいくつかを前記選択することは、前記光学系との前記測定部位の位置合わせ不良に起因する前記受光軸に対する前記反射ビームの軸外伝播を補正する働きをすることを特徴とする方法。
  7. 使用時にプローブ用ビームを放射するように構成される光源であり、光学系が使用時に前記プローブ用ビームを測定部位に入射するように構成される光源と;
    前記測定部位から反射ビームを受光でき、複数の検出器素子を含む絞り無し検出器装置と;
    前記絞り無し検出器装置に動作可能に連結される処理リソースとを含む前記光学系を含み、
    前記処理リソースは、使用時に前記反射ビームにより照明される前記複数の検出器素子のいくつかを識別し、前記複数の検出器素子のいくつかに対する発光強度を評価するように構成され
    前記光学系は受光軸を有し、
    前記複数の検出器素子のいくつかを前記選択することは、前記光学系との前記測定部位の位置合わせ不良に起因する前記受光軸に対する前記反射ビームの軸外伝播を補正する働きをすることを特徴とする共焦測定装置。
  8. 前記発光強度の前記評価は、前記複数の検出器素子のいくつかに対する平均発光強度の計算であることを特徴とする請求項に記載の装置。
  9. 前記平均値は、前記絞り無し検出器装置の空間寸法に対して生成されることを特徴とする請求項に記載の装置。
  10. 前記評価は、前記複数の検出器素子のいくつかの積分により行うことを特徴とする請求項に記載の装置。
  11. 前記複数の検出器素子のいくつかは、ある期間にわたり積分されることを特徴とする請求項乃至10のいずれか1項に記載の装置。
  12. 前記複数の検出器素子のいくつかは、所定の基準に基づいて識別されることを特徴とする請求項に記載の装置。
  13. 前記基準は、所定の発光強度閾値を上回る照明強度であることを特徴とする請求項12に記載の装置。
  14. 前記光学系は、前記測定部位を含む複数の測定部位又は連続する測定部位に前記プローブ用ビームを入射するように構成されることを特徴とする請求項1乃至5又は7乃至13のいずれか1項に記載の装置。
  15. 生理的な体の一部は前記測定部位を含むことを特徴とする請求項1乃至5又は7乃至14のいずれか1項に記載の装置。
  16. 前記生理的な体の一部は眼であることを特徴とする請求項15に記載の装置。
  17. 共焦測定の方法であって、
    プローブ用ビームを放射することと、
    前記プローブ用ビームを測定部位に入射することと、
    複数の検出器素子を含む絞り無し検出器で前記測定部位からの反射ビームを受光することと、
    前記反射ビームにより照明される前記複数の検出器素子のいくつかを識別することと、
    前記複数の検出器素子のいくつかに対して発光強度を評価することとを含み、
    前記反射ビームを受光する光学系は受光軸を有し、
    前記複数の検出器素子のいくつかを前記選択することは、前記光学系との前記測定部位の位置合わせ不良に起因する前記受光軸に対する前記反射ビームの軸外伝播を補正する働きをすることを特徴とする方法。
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