JP5962227B2 - 眼球生体情報収集装置 - Google Patents

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Description

本発明は、眼球生体情報収集装置に関するものである。
人体の眼球は強膜と角膜とに囲まれた内に硝子体及び眼内液が充填された構造となっている。そして、眼内液の圧力である眼圧が高いことが緑内障の原因の１つであることが解明されている。そこで、緑内障の治療を行うときには投薬等の治療を行った後で眼圧の変化を測定する検査が行われる。そして、時間の経過に対する眼圧の推移から治療の効果を確認していた。
超音波を用いて眼球を検査する装置が特許文献１に開示されている。それによると、まず、操作者が超音波プローブを被検眼角膜に接触させる。そして、超音波プローブが超音波を発信し、眼球に反射した反射エコーを受信している。この装置では反射エコーがプローブに到達する時間から反射した場所を検出している。そして、この装置は眼球の寸法を算出していた。
特開２００８−２７２３０８号公報
従来の眼球を検査する装置では検者が超音波プローブを被検眼角膜に接触させて被検眼内部に超音波を送信した。そして、検者は被検眼内部の各組織によって反射された超音波を受信し反射エコーの強度波形を観察した。検者は反射エコー波形を観察しながら、適正な反射エコー波形が得られるように超音波プローブの位置や角度を調整した。従って、眼球を検査するためには超音波プローブの位置や角度が適正な状態となっていなければ正しく検査できなかった。そして、超音波プローブの位置や角度が適正な状態から外れるときには正しく検査できなかった。そこで、被検眼との位置を調整する手順が不要となる眼球生体情報収集装置が望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例にかかる眼球生体情報収集装置は、被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、前記使用時に前記超音波センサー部を前記被験者の眼瞼に押圧可能に設けられている押圧部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、眼球生体情報収集装置は超音波センサー部を有している。超音波センサー部は眼球に超音波を発信し眼球に反射した反射波を受信する。眼球は強膜、硝子体、角膜等から構成されている。超音波センサー部から発信された超音波は強膜や角膜の表面や裏面等にて反射する。眼球は球状であり、超音波は強膜の複数の場所で反射する。これにより強膜の厚みや角膜の厚み、眼球の寸法等の情報を測定することができる。
眼球生体情報収集装置は押圧部を備え、押圧部が超音波センサー部を被験者の眼瞼に押圧する。従って、超音波センサー部は眼球に向けて超音波を発信し反射波を受信することができる。その結果、眼球生体情報収集装置と被験者との位置を調整する手順を不要とすることができる。
［適用例２］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部は、複数の開口がアレイ状に配置された基板と、個々の前記開口に形成される振動膜と、個々の前記振動膜に設けられる圧電素子部と、を有し、前記圧電素子部は、前記振動膜の上に設けられる下部電極と、前記下部電極の少なくとも一部を覆うように設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆うように設けられる上部電極と、を有する超音波素子を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、超音波センサー部は基板を備え、基板には複数の開口がアレイ状に配置されている。そして、振動膜は開口に形成されているので、振動し易くなっている。振動膜の上に下部電極、圧電体膜、上部電極がこの順に重ねて設置されている。そして、下部電極と上部電極とに所定の電圧波形を印加することにより圧電体膜が振動する。これにより振動膜が振動するので、超音波センサー部は超音波を発信することができる。振動膜及び圧電体膜は膜であり薄い形態となっている。従って、超音波センサー部は薄いセンサーである為、人体に設置し易くすることができる。
［適用例３］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記基板は半導体基板であることを特徴とする。
本適用例によれば、回路基板は半導体基板であることから薄くて剛性の高い超音波センサー部にすることができる。その結果、眼瞼に押圧しても異物感を感じないほどに超音波センサー部を小型化できる。
［適用例４］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部は、前記超音波素子と、受信した信号を増幅する増幅回路とを一体に備えることを特徴とする。
本適用例によれば、超音波センサー部は、超音波素子と増幅回路とを一体に備えている。超音波センサー部に到達する反射波は超音波素子により受信される。そして、増幅回路が受信した信号を増幅する。増幅回路は超音波素子と共に超音波センサー部に設置されている。従って、増幅回路と超音波素子との間で通信するときにも超音波センサー部がノイズの影響を受けることを抑制することができる。
［適用例５］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部は、前記超音波素子が直列接続されている超音波受信部を有することを特徴とする。
本適用例によれば、超音波受信部では超音波受信素子が直列接続されている。従って、超音波受信部は各超音波素子の出力が加算された信号を出力することができる。その結果、超音波センサー部は感度良く眼球生体情報を収集することができる。
［適用例６］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部は、前記超音波素子が並列接続されている超音波発信部を有することを特徴とする。
本適用例によれば、超音波発信部では超音波素子が並列接続されている。従って、複数の超音波素子が同じ信号で駆動される為、同じ波形の超音波を強い強度にて発信することができる。その結果、超音波センサー部は感度良く眼球生体情報を収集することができる。
［適用例７］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部の前記眼瞼を向く側にはゲル状の超音波伝導体が設置されていることを特徴とする。
本適用例によれば、超音波センサー部には超音波伝導体が設置されている。そして、眼球生体情報収集装置を人体に設置するとき、超音波センサー部と眼瞼との間に超音波伝導体が位置する。超音波伝導体は超音波を超音波センサー部から眼瞼に伝導する為、超音波の伝播経路内に空隙が入ることによる伝播効率の低下を防ぐことができる。
［適用例８］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記増幅回路が出力する信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記デジタル信号を記憶する記憶部と、を有することを特徴とする。
本適用例によれば、眼球生体情報収集装置はＡＤ変換部及び記憶部を備えている。ＡＤ変換部は増幅回路が出力する信号をデジタル信号に変換する。記憶部は変換されたデジタル信号を記憶する。従って、眼球生体情報収集装置は超音波センサー部が受信する反射波のデータを記憶する為、記憶されたデータを用いて反射波を分析することができる。
［適用例９］
上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記押圧部は、弾性材料からなる弾性部材を有し、前記被験者の頭部に装着される際に前記弾性部材の一部が前記被験者の頭部に接する位置に配設されていることを特徴とする。
本適用例によれば、弾性部の一部が人体の頭部に接している。従って、弾性部と人体の頭部との間に摩擦が生ずる為、弾性部は人体の頭部に対して移動し難くなる。超音波センサー部が眼瞼に対して移動するとき反射波にはノイズ成分が増える。一方、本適用例では、超音波センサー部が眼瞼に対して移動し難いため、ノイズの発生が抑制された反射波を受信することができる。
［適用例１０］
本適用例にかかる眼球生体情報収集装置は、被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、前記超音波センサー部の前記使用時に前記被験者の眼瞼に向く側とは逆側に設けられる弾性部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、眼球生体情報収集装置は超音波センサー部を有している。超音波センサー部は眼球に超音波を発信し眼球に反射した反射波を受信する。超音波センサー部から発信された超音波は強膜や角膜の表面や裏面等にて反射する。眼球は球状であり、超音波は強膜の複数の場所で反射する。これにより強膜の厚みや角膜の厚み、眼球の寸法等の情報を測定することができる。
眼球生体情報収集装置は弾性部を備え、弾性部が超音波センサー部を被験者の眼瞼に押圧する。従って、超音波センサー部は眼球に向けて超音波を発信し反射波を受信することができる。その結果、眼球生体情報収集装置と被験者との位置を調整する手順を不要とすることができる。
［適用例１１］
本適用例にかかる眼球生体情報収集装置は、被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、前記超音波センサー部を支持し、前記使用時に前記被験者の眼瞼に向く方向に延在する弾性支持部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、眼球生体情報収集装置は超音波センサー部を有している。超音波センサー部は眼球に超音波を発信し眼球に反射した反射波を受信する。超音波センサー部から発信された超音波は強膜や角膜の表面や裏面等にて反射する。眼球は球状であり、超音波は強膜の複数の場所で反射する。これにより強膜の厚みや角膜の厚み、眼球の寸法等の情報を測定することができる。
眼球生体情報収集装置は弾性支持部を備え、弾性支持部は被験者の眼瞼に向く方向に延在している。そして、弾性支持部が超音波センサー部を被験者の眼瞼に押圧する。従って、超音波センサー部は眼球に向けて超音波を発信し反射波を受信することができる。その結果、眼球生体情報収集装置と被験者との位置を調整する手順を不要とすることができる。
［適用例１２］
本適用例にかかる眼球生体情報収集装置は、被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、前記使用時に前記被験者の耳および鼻に載上されるフレームと、前記フレームに取り付けられ、前記使用時に前記被験者の眼瞼に向く方向に前記超音波センサー部を支持し弾性材料からなる支持部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、眼球生体情報収集装置を使用するとき、フレームが被験者の耳および鼻に載上される。このとき、フレームは被験者の耳と鼻とに当接して、被験者の頭部に係止される状態であり、いわゆる眼鏡フレームを頭部にかけた状態でもある。フレームとは、いわゆる眼鏡フレームと同様に鼻と当接する鼻当てや耳と当接する掛け部などを含むものである。
フレームには支持部によって超音波センサー部が支持されている。超音波センサー部は被験者の眼球に超音波を発信し眼球に反射した反射波を受信する。これにより、超音波センサー部は眼球生体情報を検出することができる。そして、支持部は弾性材料からなり、使用時に被験者の眼瞼に向く方向に超音波センサー部を支持する。これにより、支持部は超音波センサー部を被験者の眼瞼に押圧する。従って、超音波センサー部は眼球に向けて超音波を発信し反射波を受信することができる。その結果、眼球生体情報収集装置と眼球との位置を調整する手順を不要とすることができる。
［適用例１３］
本適用例にかかる眼球生体情報収集装置は、被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、前記使用時に前記被験者の頭部に巻回される巻回部と、前記巻回部と前記超音波センサー部との間に位置し、前記超音波センサー部を前記被験者の眼瞼に押圧する弾性材料からなる押圧部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、眼球生体情報収集装置を使用するとき、巻回部が被験者の頭部に巻回される。巻回部には押圧部を介して超音波センサー部が設置されている。超音波センサー部は被験者の眼球に超音波を発信し眼球に反射した反射波を受信する。これにより、超音波センサー部は眼球生体情報を検出することができる。そして、押圧部は超音波センサー部を被験者に押圧する。従って、超音波センサー部は眼球に向けて超音波を発信し反射波を受信することができる。その結果、眼球生体情報収集装置と眼球との位置を調整する手順を不要とすることができる。
第１の実施形態にかかわり、（ａ）は、眼球生体情報収集装置の構造を示す模式正面図、（ｂ）は、超音波センサー部と眼球との関係を説明するための模式側断面図。 （ａ）は、超音波センサー部の構造を示す概略斜視図、（ｂ）は超音波発信部の構造を示す模式側断面図、（ｃ）は超音波受信部の構造を示す模式側断面図。 眼球生体情報収集装置の電気制御ブロック図。 測定手順を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわり、（ａ）は回路基板の模式平面図、（ｂ）は超音波発信部の電気ブロック図、（ｃ）は超音波受信部の電気ブロック図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は、眼球生体情報収集装置の構造を示す模式正面図、（ｂ）は、眼球生体情報収集装置の構造を示す模式上面図、（ｃ）は、超音波センサー部と眼球との関係を説明するための模式側断面図。 第４の実施形態にかかわり、（ａ）は眼球生体情報収集装置の構造を示す模式正面図、（ｂ）及び（ｃ）は、超音波センサー部と眼球との関係を説明するための模式側断面図。 第５の実施形態にかかわり、超音波センサー部の電気ブロック図。 第６の実施形態にかかわり、超音波素子の配列を説明するための模式平面図。
本実施形態では、眼球生体情報収集装置と、この眼球生体情報収集装置を用いて眼球生体情報を収集する収集方法との特徴的な例について説明する。眼球生体情報は角膜や強膜の厚み、眼球の寸法、眼圧、水晶体の厚み等の情報を示す。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわる眼球生体情報収集装置について図１〜図４に従って説明する。図１（ａ）は、眼球生体情報収集装置の構造を示す模式正面図であり、図１（ｂ）は、超音波センサー部と眼球との関係を説明するための模式側断面図である。
図１（ａ）に示すように、眼球生体情報収集装置１は被験者の頭部２に設置されて用いられる。眼球生体情報収集装置１はフレームとしての支持本体部３を備えている。支持本体部３はメガネのフレームと同様の形状となっている。支持本体部３には被験者の眼４と対向する場所に一対の枠部３ａが設置されている。被験者の頭部２を顔側から見たとき枠部３ａは被験者の眼４を囲む形状となっている。メガネの場合には枠部３ａの内側にレンズが配置されるが、眼球生体情報収集装置１ではレンズの有無は特に限定されない。従って、眼球生体情報収集装置１では枠部３ａの内側にレンズがあっても良く無くても良い。本実施形態では枠部３ａの内側にレンズが配置されていない。
一対の枠部３ａの間にはブリッジ片３ｂが架設されている。そして、各枠部３ａのブリッジ片３ｂ側には鼻当て３ｃが設置され、鼻当て３ｃは被験者の鼻５の両脇と接触する。鼻当て３ｃは眼球生体情報収集装置１を支える。
各枠部３ａにおいてブリッジ片３ｂの反対側には被験者の耳６に向かってつる３ｄが延在している。そして、つる３ｄにおいて被験者の耳６の上側から後ろ側にかけて掛け部３ｅが設置されている。掛け部３ｅを被験者の耳６に引っ掛けるように支持本体部３が被験者の頭部２に設置される。これにより、鼻当て３ｃ及び掛け部３ｅが被験者の頭部２と接触し、支持本体部３が被験者の頭部２に設置される。
各枠部３ａの内側には鼻当て３ｃの付近から眼瞼としての被験者の下瞼７に向く方向に延在する弾性支持部及び支持部としてのセンサー支持部３ｆが設置されている。センサー支持部３ｆの一端には超音波センサー部８が位置しセンサー支持部３ｆが超音波センサー部８を支持する。そして、超音波センサー部８は被験者の下瞼７と接触して設置される。
センサー支持部３ｆはバネ性を有し、センサー支持部３ｆは超音波センサー部８を被験者の下瞼７に付勢する。また、超音波センサー部８に強い力が加わるとき、センサー支持部３ｆは折れ曲がるようになっている。これにより、被験者の下瞼７に過度の応力が加わることを防止している。センサー支持部３ｆの材質はバネ性と所定の降伏点で曲がるように設定可能な材質であれば良い。センサー支持部３ｆの材質は金属を用いることができ、特にバネ鋼やベーナイト鋼が好ましい。
眼球生体情報収集装置１はつる３ｄに演算装置９を備え、演算装置９は超音波センサー部８と図示しない配線により電気的に接続されている。そして、演算装置９は超音波センサー部８の出力を用いて各種の演算を行う。さらに、演算装置９は配線１０により入出力装置１１と電気的に接続されている。
入出力装置１１には表示パネル１１ａ及びキーパッド１１ｂが設置されている。表示パネル１１ａは眼球生体情報収集装置１が収集したデータや測定条件等を表示する。操作者はキーパッド１１ｂを用いて測定条件の入力を行うことができる。配線１０と演算装置９とはコネクターを介して接続されている。従って、入出力装置１１は演算装置９から着脱することが可能になっている。操作者は演算装置９にデータを入力するときや表示したいときのみ入出力装置１１を演算装置９と接続する。そして、通常は入出力装置１１を演算装置９から離すことにより、眼球生体情報収集装置１を軽量にする。これにより、眼球生体情報収集装置１の被験者の頭部２への装着性を向上している。
支持本体部３は被験者の頭部２に設置され、支持本体部３は超音波センサー部８を支持している。これにより超音波センサー部８は被験者の下瞼７に接触した状態を維持することが可能になっている。従って、人が被験者の頭部２を動かすときにも超音波センサー部８は下瞼７に接触した状態を維持する。また、支持本体部３は枠部３ａに囲まれた場所を光が通過する形状となっているので、被験者の眼４は外光を入射することができる。これにより、被験者の頭部２に眼球生体情報収集装置１を装着した状態で被測定者は日常生活を過ごすことが可能となっている。
図１（ｂ）に示すように、被験者の眼４を構成する眼球１２は強膜１２ａ及び角膜１２ｂにより球体状の袋が形成され、この袋の内部にゲル状の硝子体１２ｃが位置し眼内液１２ｇが充填されている。強膜１２ａは白い不透明な硬い膜であり、白目と称される部分である。角膜１２ｂは透明な硬い膜であり、黒目と称される部分である。強膜１２ａと角膜１２ｂとを合わせて眼球壁と称す。角膜１２ｂと対向する場所には水晶体１２ｄが配置され、強膜１２ａの内側には網膜１２ｅが形成されている。網膜１２ｅの一部と接続して視神経１２ｆが形成されており、視神経１２ｆは脳に繋がっている。
角膜１２ｂに入射された入射光は水晶体１２ｄを通過する。水晶体１２ｄは凸レンズであり、入射光を網膜１２ｅ上に結像させる機能を備えている。網膜１２ｅは結像された画像を電気信号に変換し、視神経１２ｆは画像情報が変換された電気信号を脳に伝達する。脳はこの電気信号を用いて画像を認識するようになっている。
眼球１２の内部には眼内液１２ｇが満たされており、眼内液１２ｇの圧力を眼内圧と称し、眼球壁の内部応力を眼圧と称す。眼内圧が高くなるとき眼球壁に張力がかかるので眼圧も高くなる。従って、眼内圧と眼圧とは相関性がある。人体を対象とした医学的検査では、眼内圧を類推するための値として、眼圧を測定する。医学的検査では眼内圧を直接扱うことがない。従って、医学上で使われる広義の眼圧は、眼球壁の測定値としての眼圧だけでなく、実際の眼内圧を指す場合にも使われている。
眼球１２では水晶体１２ｄを囲む場所に毛様体１２ｈが位置し、毛様体１２ｈから眼内液１２ｇが分泌される。水晶体１２ｄの角膜１２ｂ側には虹彩１２ｉが位置し、虹彩１２ｉと角膜１２ｂとの間の場所を前房１２ｊと称す。虹彩１２ｉは水晶体１２ｄを通過する光量を調整する機能を有している。前房１２ｊにおいての図中下側の虹彩１２ｉの付け根の場所にはシュレム管１２ｋが位置している。眼内液１２ｇは虹彩１２ｉを通過して前房１２ｊに入る。次に、シュレム管１２ｋを通過して眼球１２の外部に排出される。従って、毛様体１２ｈから分泌される眼内液１２ｇの分泌量とシュレム管１２ｋから排出される眼内液１２ｇの排出量とが眼内圧に影響を及ぼしている。
眼圧が高くなるとき網膜１２ｅに眼内液１２ｇの圧力が作用する。これにより網膜１２ｅが損傷し易くなり、網膜神経節細胞が死滅する緑内障となる要因の１つとなっている。そこで、眼圧を低下させる投薬を行った後で眼圧の変動を測定し、投薬の効果を確認する。眼圧の変動を測定する手段として眼球生体情報収集装置１が用いられる。
正常な人の眼圧は約１０〜２０ｍｍＨｇであり、５ｍｍＨｇの変動がある。そして、日常生活を行う過程で眼圧が高くなる状態を認識するためには、所定の時間間隔で継続して眼圧を測定する必要がある。
被験者の下瞼７にはセンサー支持部３ｆに支持された超音波センサー部８が接触している。超音波センサー部８はセンサー支持部３ｆ側から順に土台部８ａ、押圧部及び弾性部材としての弾性部８ｂ、センサー本体８ｃ、超音波伝導体８ｄが重ねて設置されている。土台部８ａはセンサー支持部３ｆに固定されており、超音波センサー部８の向きを維持する構造物である。尚、センサー支持部３ｆと弾性部８ｂとにより支持部が構成されている。
弾性部８ｂは超音波センサー部８を被験者の下瞼７に押圧する。弾性部８ｂは弾性部材を有している。弾性部材の材質は弾力性のある材質であれば良く特に限定されない。天然ゴム、樹脂、シリコーンゴムや金属バネや多孔質のスポンジのように構造的に弾力性を有するものでも良い。センサー本体８ｃは超音波１３を強膜１２ａに向けて発信する。そして、センサー本体８ｃは強膜１２ａで反射した反射波１３ａを受信する。超音波伝導体８ｄはセンサー本体８ｃと被験者の下瞼７との間で超音波１３を伝導する。超音波伝導体８ｄはセンサー本体８ｃと被験者の下瞼７との間に空気が入らないようにする。これにより、超音波１３が強膜１２ａに届く前に反射することを超音波伝導体８ｄが抑制する。超音波伝導体８ｄの材質は超音波１３を伝導し、被験者の下瞼７とセンサー本体８ｃとの間に空気の層が形成されることを抑制する材質であれば良く、特に限定されない。シリコーンゴムや樹脂材料等のゲル状の弾性部材や粘着材を用いることができる。本実施形態では、例えば、タキロン社製の「ソナゲル」を用いている。
超音波センサー部８から発信された超音波１３は被験者の下瞼７を通過して強膜１２ａに至る。超音波１３の一部は強膜１２ａの被験者の下瞼７側の面にて反射し反射波１３ａとして超音波センサー部８に向かって進行する。超音波１３の一部は強膜１２ａの硝子体１２ｃ側の面にて反射し反射波１３ａとして超音波センサー部８に向かって進行する。
強膜１２ａを通過した超音波１３はさらに毛様体１２ｈ及び硝子体１２ｃを通過する。そして、超音波１３の一部は眼球１２の奥側に位置する強膜１２ａに到達する。そして、超音波１３の一部は強膜１２ａの硝子体１２ｃ側の面にて反射し反射波１３ａとして超音波センサー部８に向かって進行する。超音波１３の一部は強膜１２ａの眼球１２の奥側の面にて反射し反射波１３ａとして超音波センサー部８に向かって進行する。
従って、超音波１３は眼球１２を横断し強膜１２ａの４つの面で反射し反射波１３ａとして超音波センサー部８に向かって進行する。超音波センサー部８は超音波１３を１回発信した後、４つの反射波１３ａを受信する。これにより、２箇所における強膜１２ａの膜厚の変動を測定することができる。さらに、超音波１３が通過する眼球１２の２点間の距離の変動を測定することができる。
図２（ａ）は、超音波センサー部の構造を示す概略斜視図である。図２（ａ）に示すように、超音波センサー部８は矩形の板状の土台部８ａを備え、土台部８ａはセンサー支持部３ｆに固定されている。土台部８ａにおいてセンサー支持部３ｆと接続する面の反対側の面には角柱状の弾性部８ｂが設置されている。弾性部８ｂは図中上下方向に伸縮する弾力性を有している。弾性部８ｂの材質は弾力性があれば良く特に限定されない、シリコーンゴム、天然ゴムに各種添加材を加えた物、合成ゴム等を用いることができる。他にも、コイルバネや板バネ等構造的に弾力性を有する物でも良い。本実施形態では例えば、弾性材料にシリコーンゴムを用いている。
センサー本体８ｃは図中上側が開口した箱状の外装部１４を備えている。外装部１４内には第１モールド１５が配置され、第１モールド１５上に基板としての回路基板１６が重ねて設置されている。外装部１４は水分や塵の浸入を防止する。第１モールド１５は樹脂からなり絶縁体となっている。また、第１モールド１５は回路基板１６を外装部１４に固定する機能も備えている。
回路基板１６上には超音波発信部１７、超音波受信部１８、センサー回路部１９が設置されている。超音波発信部１７は超音波１３を発信する部位であり、超音波受信部１８は反射波１３ａを受信する部位である。そして、センサー回路部１９は超音波発信部１７及び超音波受信部１８を駆動する回路である。センサー回路部１９は超音波発信部１７及び超音波受信部１８とセンサー本体８ｃに設置されている。従って、センサー回路部１９と超音波発信部１７との間で通信するときやセンサー回路部１９と超音波受信部１８との間で通信するときにも超音波センサー部８がノイズの影響を受けることを抑制することができる。
回路基板１６上の超音波発信部１７、超音波受信部１８、センサー回路部１９を覆って第２モールド２０が設置されている。第２モールド２０はセンサー本体８ｃに水分や塵の浸入を防止する。センサー本体８ｃの第２モールド２０に重ねて、超音波伝導体８ｄが設置されている。第２モールド２０は図中上面が平坦になっており、超音波伝導体８ｄが容易にセンサー本体８ｃに固定することが可能になっている。
図２（ｂ）は超音波発信部の構造を示す模式側断面図である。図２（ｂ）に示すように回路基板１６上にセンサー回路部１９が形成されている。回路基板１６は半導体基板であり、センサー回路部１９は公知のフォトリソグラフィ法を用いて形成された回路である。回路基板１６の厚みは特に限定されないが、本実施形態では、例えば、約１００μｍ〜１５０μｍとなっている。超音波発信部１７は回路基板１６上に素子基板２３を備えている。回路基板１６と素子基板２３とは積層され一枚の基板に形成されている。素子基板２３は半導体基板である。そして、素子基板２３の一部がエッチングされて複数の開口１６ａが形成されている。開口１６ａの深さは特に限定されないが、本実施形態では、例えば、約１００μｍとなっている。開口１６ａは公知のフォトリソグラフィ法を用いて形成されている。そして、素子基板２３の開口１６ａ上に振動膜２４が架橋されている。回路基板１６には複数の開口１６ａがアレイ状に配置され、開口に振動膜２４が形成されている。振動膜２４の厚みは特に限定されないが、本実施形態では、例えば、約０．５μｍ〜４μｍとなっている。素子基板２３の開口１６ａでは回路基板１６と振動膜２４との間が空間となっている。これにより、振動膜２４は両持ち梁構造となり、振動し易い構造となっている。振動膜２４は弾性のある板である。振動膜２４の材質は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、ＳｉＯ2の板にＺｒＯ2の膜を設置したものを用いている。素子基板２３及び振動膜２４の形成方法は公知のフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて形成することが可能であり、説明を省略する。
振動膜２４上には下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７が設置されている。詳しくは、振動膜２４上に下部電極２５が設けられ、下部電極２５の少なくとも一部を覆うように圧電体膜２６が設けられている。さらに、圧電体膜２６の少なくとも一部を覆うように上部電極２７が設けられている。下部電極２５及び上部電極２７は導電性の膜であり、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ等の金属を用いることができる。下部電極２５及び上部電極２７の厚みは特に限定されないが、本実施形態では、例えば、下部電極２５の厚みは約２００ｎｍとなっており、上部電極２７の厚みは約５０ｎｍとなっている。圧電体膜２６は電圧により変位を生ずる材質であれば良く、本実施形態では、例えば、ＰＺＴをスパッタ法または蒸着法を用いて形成している。圧電体膜２６の厚みは特に限定されないが、本実施形態では例えば、略０．２μｍから５μｍの厚みになっている。振動膜２４、下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７により超音波素子としての超音波発信素子２８が構成され、下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７により圧電素子部２８ａが構成されている。
下部電極２５とセンサー回路部１９との間は配線２９により接続されている。同様に、上部電極２７とセンサー回路部１９との間も配線２９により接続されている。配線２９にはワイヤーボンディングやフレキシブルテープを用いることができる。配線２９を通じてセンサー回路部１９は下部電極２５及び上部電極２７を介して圧電体膜２６に電圧を印加する。そして、センサー回路部１９が圧電体膜２６に駆動波形を印加することにより、超音波発信部１７は振動膜２４を振動させて超音波１３を発信させる。センサー回路部１９には配線３０が設置され、配線３０はセンサー回路部１９と演算装置９との間でデータを伝送する。
図２（ｃ）は超音波受信部の構造を示す模式側断面図である。図２（ｃ）に示すように超音波受信部１８は回路基板１６上に素子基板２３を備えている。回路基板１６と素子基板２３とは積層され一枚の基板に形成されている。素子基板２３は半導体基板である。そして、素子基板２３の一部がエッチングされて複数の開口１６ａが形成されている。開口１６ａは公知のフォトリソグラフィ法を用いて形成されている。素子基板２３の開口１６ａ上に振動膜２４が架橋されている。回路基板１６には複数の開口１６ａがアレイ状に配置され、開口に振動膜２４が形成されている。素子基板２３の開口１６ａでは回路基板１６と振動膜２４との間が空間となっている。これにより、振動膜２４は両持ち梁構造となり、振動し易い構造となっている。振動膜２４は弾性のある板である。振動膜２４の材質は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、ＳｉＯ2の板にＺｒＯ2の膜を設置したものを用いている。素子基板２３及び振動膜２４の形成方法は公知のフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて形成することが可能であり、説明を省略する。
振動膜２４上には下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７が設置されている。詳しくは、振動膜２４上に下部電極２５が設けられ、下部電極２５の少なくとも一部を覆うように圧電体膜２６が設けられている。さらに、圧電体膜２６の少なくとも一部を覆うように上部電極２７が設けられている。下部電極２５及び上部電極２７は導電性の膜であり、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ等の金属を用いることができる。圧電体膜２６は電圧により変位を生ずる材質であれば良く、本実施形態では、例えば、ＰＺＴをスパッタ法または蒸着法を用いて形成している。振動膜２４、下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７により超音波素子としての超音波受信素子３１が構成され、下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７により圧電素子部３１ａが構成されている。尚、超音波受信部１８における回路基板１６、振動膜２４、下部電極２５、圧電体膜２６、上部電極２７の厚み及び開口１６ａの深さは超音波発信部１７と同様の寸法となっている。
下部電極２５とセンサー回路部１９との間は配線２９により接続されている。同様に、上部電極２７とセンサー回路部１９との間も配線２９により接続されている。配線２９にはワイヤーボンディングやフレキシブルテープを用いることができる。反射波１３ａが超音波受信部１８に到達するとき振動膜２４が振動する。これにより、圧電体膜２６が発電し、下部電極２５と上部電極２７と間に電圧が生じる。そして、センサー回路部１９が下部電極２５と上部電極２７との間の電圧を検出する。
超音波発信部１７と超音波受信部１８とは略同じ構造であるが、超音波発信部１７と超音波受信部１８とはそれぞれ独立している。つまり、超音波発信部１７は超音波１３の発信のみ行い。超音波受信部１８は反射波１３ａの受信のみ行う構造となっている。超音波発信部１７と超音波受信部１８とが共通の素子を用いて超音波１３の発信と反射波１３ａの受信とを行うときには、信号を切り換える回路が必要となる。この場合と比べて超音波センサー部８は製造し易い構造にすることができる。
図３は、眼球生体情報収集装置の電気制御ブロック図である。図３に示すように、眼球生体情報収集装置１は主に超音波センサー部８、演算装置９及び入出力装置１１から構成されている。超音波センサー部８が備えるセンサー回路部１９はセンサー制御部３２を備えている。センサー制御部３２は演算装置９に接続され、演算装置９と通信を行う。そして、センサー制御部３２は超音波センサー部８の動作を制御する。
センサー制御部３２は波形形成部３３及び増幅回路としての第１増幅部３４と接続されている。波形形成部３３は超音波発信部１７を駆動する駆動波形３３ａを形成し、第１増幅部３４は超音波発信部１７を駆動する電力を増幅する。センサー制御部３２は波形形成部３３に波形を形成する出力指示信号３２ａを出力する。波形形成部３３は出力指示信号３２ａを受けて駆動波形３３ａを形成する。
波形形成部３３は第１増幅部３４と接続され、波形形成部３３は第１増幅部３４に駆動波形３３ａを出力する。センサー制御部３２は第１増幅部３４に増幅率を指示する増幅率信号３２ｂを出力する。第１増幅部３４は駆動波形３３ａを入力し、増幅率信号３２ｂが示す増幅率で駆動波形３３ａを増幅した駆動信号３４ａを出力する。第１増幅部３４は配線２９を介して超音波発信部１７と接続されており、第１増幅部３４は超音波発信部１７に駆動信号３４ａを出力する。
超音波発信部１７は駆動信号３４ａを超音波発信素子２８に印加し、振動膜２４を振動させて超音波１３を強膜１２ａに向けて発信する。超音波１３は強膜１２ａにて反射し、反射波１３ａが超音波受信部１８に到達する。これにより、超音波受信部１８では振動膜２４が振動し、振動膜２４の振動にともなって圧電体膜２６が伸縮する。これにより、振動膜２４の振動が電気信号に変換され、変換された受信信号１８ａが配線２９を介して超音波受信部１８から増幅回路としての第２増幅部３５に出力される。尚、第１増幅部３４及び第２増幅部３５は超音波センサー部８に設置されている。
第２増幅部３５は所定の増幅率で受信信号１８ａを増幅する。第２増幅部３５はＡＤ変換部３６（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌ）と接続し、第２増幅部３５は受信信号１８ａを増幅した受信波形３５ａをＡＤ変換部３６に出力する。ＡＤ変換部３６は受信波形３５ａをデジタル信号としてのデジタル受信波形３６ａに変換する。ＡＤ変換部３６は記憶部３７と接続され、記憶部３７にデジタル受信波形３６ａを出力する。記憶部３７はデジタル受信波形３６ａを記憶する。
記憶部３７はデジタル受信波形３６ａを記憶したことを示す更新信号３７ａをセンサー制御部３２に出力する。センサー制御部３２は演算装置９と交信して演算装置９にデジタル受信波形３６ａの送信可否の判断を行う。そして、送信可能のときには、センサー制御部３２は記憶部３７からデジタル受信波形３６ａを演算装置９へ転送する。
演算装置９はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）４０と、各種情報を記憶する記憶部としてのメモリー４１とを備えている。さらに、演算装置９は入出力インターフェイス４２及びタイマー４３を備え、メモリー４１、入出力インターフェイス４２、タイマー４３はデータバス４４を介してＣＰＵ４０に接続されている。タイマー４３は時刻情報を有し、ＣＰＵ４０は時刻情報に基づいて計測タイミングを設定することができる。尚、時刻情報は日本標準時に限らず被験者が眼球生体情報収集装置１を装着してからの経過時間としても良い。そして、計測タイミングは計測間隔を含む概念である。
入出力インターフェイス４２には、超音波センサー部８、入出力装置１１及び警告部４５が接続されている。警告部４５はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が設置されている。そして、警告部４５は光を点滅させて注意を喚起する。
メモリー４１は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーを含む概念である。機能的には、眼球生体情報収集装置１の制御手順が記述されたプログラムソフト４６を記憶する記憶領域や、デジタル受信波形３６ａを記憶するための記憶領域が設定される。他にも、デジタル受信波形３６ａを用いて強膜１２ａの膜厚を演算するときに用いるデータである校正値データ４７を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、演算結果である眼圧値や測定時刻等のデータである計測値データ４８を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ４０のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。
ＣＰＵ４０は、メモリー４１内に記憶されたプログラムソフト４６に従って、眼圧値を測定する制御を行うものである。具体的な機能実現部として所定の間隔で測定する指示信号を超音波センサー部８に出力してデジタル受信波形３６ａを取得する主制御部４９を有する。主制御部４９はメモリー４１に記憶された情報を表示パネル１１ａに表示する。そして、キーパッド１１ｂから入力された内容に従って、メモリー４１の内容を書き換える。
他にも、ＣＰＵ４０は相対変動値演算部５０を有する。相対変動値演算部５０は記憶されたデジタル受信波形３６ａの内最新のデータと最新のデータの直前に測定したデータとを比較する。そして、デジタル受信波形３６ａの変化に基づき反射波１３ａが超音波センサー部８に到達する時間間隔を算出する。
さらに、ＣＰＵ４０は膜厚値演算部５１を有する。膜厚値演算部５１は算出された反射波１３ａが超音波センサー部８に到達する時間間隔と校正値データ４７とを用いて強膜１２ａの厚みの変化を算出する。
他にも、ＣＰＵ４０は眼圧値演算部５２を有する。眼圧値演算部５２は算出された強膜１２ａの厚みの変化と校正値データ４７とを用いて眼圧の変化を算出する。そして、計測した時刻と算出した眼圧の変化を計測値データ４８としてメモリー４１に記憶する。
尚、本実施形態では、上記の各機能がＣＰＵ４０を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ４０を用いない単独の電子回路（ハードウェア）によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。
演算装置９は他にも電源部５３を備えている。電源部５３は蓄電装置を備え、所定の期間の測定に必要な電力を蓄電する。電力が判定値より低下するときには電源部５３がＣＰＵ４０に電力低下したことを知らせる信号を出力する。そして、主制御部４９が警告部４５に注意を喚起させる信号を出力させる。
次に、眼球生体情報収集装置１が眼圧を測定する手順について説明する。図４は、測定手順を説明するための模式図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）の縦軸は電圧を示し、横軸は時間の経過をしめしている。まず、主制御部４９はメモリー４１から測定間隔のデータを入手する。測定間隔は予め操作者が入出力装置１１を用いて設定したデータである。次に、主制御部４９はタイマー４３から時間情報を入手する。そして、測定間隔の時間が経過する毎に主制御部４９はセンサー制御部３２に計測を指示する信号を出力する。
センサー制御部３２は主制御部４９から計測を指示する信号を入力して波形形成部３３に出力指示信号３２ａを出力する。図４（ａ）に示すように、出力指示信号３２ａは測定間隔５４毎に立ち上がるパルス信号となっている。
波形形成部３３は出力指示信号３２ａを入力したタイミングにて駆動波形３３ａを形成し、第１増幅部３４に出力する。第１増幅部３４は駆動波形３３ａを増幅し、増幅した駆動信号３４ａを超音波発信部１７に出力する。超音波発信部１７は駆動信号３４ａにて超音波発信素子２８を駆動し、強膜１２ａに向けて超音波１３を出力する。
強膜１２ａでは超音波１３が反射し、強膜１２ａから反射波１３ａが放出される。そして、超音波受信部１８が反射波１３ａを受信する。次に、超音波受信部１８は反射波１３ａを電気信号に変えた受信信号１８ａを第２増幅部３５に出力する。第２増幅部３５は受信信号１８ａを増幅し、増幅した受信波形３５ａをＡＤ変換部３６に出力する。ＡＤ変換部３６は受信波形３５ａをデジタル信号に変換し、変換したデジタル受信波形３６ａを記憶部３７に記憶する。
次に、センサー制御部３２はデジタル受信波形３６ａをメモリー４１に転送する。続いて、相対変動値演算部５０はデジタル受信波形３６ａを用いて超音波センサー部８が反射波１３ａを受信した時間を算出する。図４（ｂ）に示すように、デジタル受信波形３６ａには４つの反射波形が含まれている。第１反射波形５５ａは強膜１２ａの被験者の下瞼７側の面で反射した反射波１３ａに対応する波形である。第２反射波形５５ｂは被験者の下瞼７付近の強膜１２ａにおいて硝子体１２ｃ側の面で反射した反射波１３ａに対応する波形である。第１反射波形５５ａと第２反射波形５５ｂとは被験者の下瞼７に近い場所の強膜１２ａの表裏面で反射した反射波１３ａに対応している。
第３反射波形５５ｃは眼球１２の奥側に位置する強膜１２ａの硝子体１２ｃ側の面で反射した反射波１３ａに対応する波形である。第４反射波形５５ｄは眼球１２の奥側に位置する強膜１２ａにおいて人体の後頭部の方に向かう面で反射した反射波１３ａに対応する波形である。第３反射波形５５ｃと第４反射波形５５ｄとは眼球１２の奥側の場所の強膜１２ａの表裏面で反射した反射波１３ａに対応している。
デジタル受信波形３６ａにおいて、第１反射波形５５ａと第２反射波形５５ｂとの間隔を第１時間間隔５６ａとする。第２反射波形５５ｂと第３反射波形５５ｃとの間隔を第２時間間隔５６ｂとする。第３反射波形５５ｃと第４反射波形５５ｄとの間隔を第３時間間隔５６ｃとする。相対変動値演算部５０は第１時間間隔５６ａ、第２時間間隔５６ｂ及び第３時間間隔５６ｃを算出する。
相対変動値演算部５０がデジタル受信波形３６ａから第１時間間隔５６ａ、第２時間間隔５６ｂ及び第３時間間隔５６ｃを算出するときには、位相トラッキング法を用いる。図４（ｃ）において、新反射波形５７ａ及び参照反射波形５７ｂは共にデジタル受信波形３６ａの１例である。新反射波形５７ａは演算の対象とするデジタル受信波形３６ａであり、参照反射波形５７ｂは新反射波形５７ａを入手した測定の１回前の測定で入手したデジタル受信波形３６ａである。従って、参照反射波形５７ｂを入手した次の測定で新反射波形５７ａを入手したことになる。
相対変動値演算部５０は新反射波形５７ａと参照反射波形５７ｂとの位相差を最小二乗法を用いて算出する。そして、位相差を時間に換算することにより新反射波形５７ａと参照反射波形５７ｂとの時間の変化を算出する。この演算を第１反射波形５５ａ〜第４反射波形５５ｄについて行う。そして、参照反射波形５７ｂにおける第１時間間隔５６ａ、第２時間間隔５６ｂ、第３時間間隔５６ｃに対して算出した時間の変化分を補正することにより新反射波形５７ａにおける第１時間間隔５６ａ、第２時間間隔５６ｂ、第３時間間隔５６ｃを算出する。以上、位相トラッキング法を用いる演算方法の概要を説明したが、位相トラッキング法は公知の演算方法であり詳細な説明は省略する。
次に、膜厚値演算部５１はメモリー４１から強膜１２ａ内を進行するときの超音波１３の伝播速度である強膜伝播速度を入力する。さらに、膜厚値演算部５１はメモリー４１から硝子体１２ｃ内を進行するときの超音波１３の伝播速度である硝子体伝播速度を入力する。超音波１３の伝播速度はメモリー４１に記憶された校正値データ４７の１つである。そして、膜厚値演算部５１は第１時間間隔５６ａと強膜伝播速度とを乗算して被験者の下瞼７に近い場所の強膜１２ａの厚みを算出する。同様に、膜厚値演算部５１は第３時間間隔５６ｃと強膜伝播速度とを乗算して眼球１２の奥の場所の強膜１２ａの厚みを算出する。さらに、膜厚値演算部５１は第２時間間隔５６ｂと硝子体伝播速度とを乗算して眼球１２の大きさを算出する。この、眼球１２の大きさは測定位置が精度良く設定されないので、時間の経過にたいする変動を測定する内容となっている。
次に、眼圧値演算部５２はメモリー４１から強膜１２ａの厚みと眼圧との関係を示す強膜眼圧変換データを入力する。強膜眼圧変換データはメモリー４１に記憶された校正値データ４７の１つである。続いて、眼圧値演算部５２は強膜１２ａの厚みの算出値と強膜眼圧変換データとを用いて眼圧を算出する。図４（ｄ）の縦軸は眼圧を示し、横軸は時間の経過を示している。その結果、図４（ｄ）に示すように眼圧推移線５８が算出される。出力指示信号３２ａは測定間隔５４毎に出力されるので、眼圧の測定値は測定間隔５４毎に算出される。従って、操作者は眼圧推移線５８に示すように眼圧の推移を観測することができる。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、眼球生体情報収集装置１は超音波センサー部８を有している。超音波センサー部８から射出された超音波１３は強膜１２ａの表面や裏面等にて反射する。眼球１２は球状であり、超音波１３は強膜１２ａの複数の場所で反射する。これにより強膜１２ａの厚みや眼球の情報を測定することができる。
（２）本実施形態によれば、眼球生体情報収集装置１は支持本体部３を備え、支持本体部３は被験者の頭部２に設置されている。支持本体部３は超音波センサー部８を支持する。そして、支持本体部３には弾性部８ｂが設置され、弾性部８ｂが超音波センサー部８を被験者の下瞼７に押圧する。これにより、支持本体部３を介して被験者の頭部２に設置された超音波センサー部８が被験者の下瞼７に押圧される。従って、人が被験者の頭部２を動かすときにも超音波センサー部８は被験者の下瞼７に接触し眼球１２に向けて超音波１３を射出し反射波１３ａを受信することができる。その結果、人が被験者の頭部２を動かすときにも眼球生体情報収集装置１は眼球１２の情報を測定することができる。
（３）本実施形態によれば、センサー回路部１９は超音波発信部１７及び超音波受信部１８と共に超音波センサー部８に設置されている。従って、センサー回路部１９と超音波発信部１７との間で通信するときやセンサー回路部１９と超音波受信部１８との間で通信するときにも超音波センサー部８がノイズの影響を受けることを抑制することができる。
（４）本実施形態によれば、超音波発信部１７と超音波受信部１８とはそれぞれ独立している。そして、超音波発信部１７は超音波１３を発信する超音波発信素子２８を有し、超音波受信部１８は反射波１３ａを受信する超音波受信素子３１を有している。超音波発信部１７と超音波受信部１８とが共通の素子を用いるときには発信と受信とを切り換える装置が必要となる。従って、超音波１３の発信と受信とを共通の素子で行うときに比べて眼球生体情報収集装置１を製造し易い構造にすることができる。
（５）本実施形態によれば、回路基板１６に超音波発信素子２８及び超音波受信素子３１が設置されている。そして、回路基板１６は半導体基板であることから薄くて剛性の高い超音波センサー部８にすることができる。その結果、被験者の下瞼７に密着させて日常的に使用しても異物感を感じないほどに超音波センサー部８を小型化できる。
（６）本実施形態によれば、超音波センサー部８には超音波伝導体８ｄが設置されている。そして、眼球生体情報収集装置１を人体に設置するとき、超音波センサー部８と被験者の下瞼７との間に超音波伝導体８ｄが位置する。超音波伝導体８ｄは超音波１３を超音波センサー部８から被験者の下瞼７に伝導する為、超音波１３の伝播経路内に空隙が入ることによる伝播効率の低下を防ぐことができる。
（７）本実施形態によれば、眼球生体情報収集装置１はＡＤ変換部３６及びメモリー４１を備えている。ＡＤ変換部３６は第２増幅部３５が出力する受信波形３５ａをデジタル信号に変換する。メモリー４１はデジタル受信波形３６ａを記憶する。従って、眼球生体情報収集装置１は超音波センサー部８が受信する反射波１３ａのデータを記憶するので、反射波１３ａを分析することができる。
（８）本実施形態によれば、人は被験者の頭部２に眼球生体情報収集装置１を設置した状態で日常生活を過ごすことができる。従って、時間の推移に対する眼圧の推移のデータを取得することができる。
（第２の実施形態）
次に、眼球生体情報収集装置の一実施形態について図５を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図２に示した超音波発信部１７及び超音波受信部１８の配置が異なる点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
図５（ａ）は回路基板の模式平面図である。すなわち、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、超音波センサー部６１は回路基板６２を備え、回路基板６２上には駆動回路６３が設置されている。さらに、回路基板６２上には超音波発信部６４及び超音波受信部６５が設置されている。そして、超音波発信部６４は配列した５つの超音波素子としての超音波発信素子６６を有し、超音波受信部６５は配列した５つの超音波素子としての超音波受信素子６７を有している。
図５（ｂ）は超音波発信部の電気ブロック図であり、図５（ｃ）は超音波受信部の電気ブロック図である。図５（ｂ）に示すように、超音波発信部６４では超音波発信素子６６が並列接続されている。従って、５つの超音波発信素子６６が同じ信号で駆動される為、同じ波形の超音波１３を強い強度にて発信することができる。その結果、超音波センサー部６１は感度良く反射波１３ａを受信することができる。
図５（ｃ）に示すように、超音波受信部６５では超音波受信素子６７が直列接続されている。従って、超音波センサー部６１は各超音波受信素子６７の出力が加算された信号を出力することができる。その結果、超音波センサー部６１は感度良く反射波１３ａを受信することができる。
（第３の実施形態）
次に、眼球生体情報収集装置の一実施形態について図６を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図１に示した支持本体部３の形態がマスクとなっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
図６（ａ）は眼球生体情報収集装置の構造を示す模式正面図であり、図６（ｂ）は、眼球生体情報収集装置の構造を示す模式上面図である。すなわち、本実施形態では、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、眼球生体情報収集装置７０は被験者の頭部２に設置されて用いられる。眼球生体情報収集装置７０は巻回部としての支持本体部７１を備えている。支持本体部７１はメガネのフレームと同様の形状となっている。もしくは、支持本体部７１は被験者の眼４と対向する場所が開口したアイマスクのマスク部分を意図し、布製、ゴム製、弾性樹脂製、あるいはそれらの複合体などで形成できる。また、支持本体部７１はシートのような形態であり、被験者の頭部２に接触して配置される。支持本体部７１には被験者の眼４と対向する場所に一対の枠部７１ａが設置されている。被験者の頭部２を顔側から見たとき枠部７１ａは被験者の眼４を囲む形状となっており、被験者の下瞼７を覆うように配置されている。
一対の枠部７１ａの間にはブリッジ片７１ｂが架設されている。ブリッジ片７１ｂは被験者の鼻５の上に配置され、支持本体部７１が重力方向に移動し難いようになっている。
各枠部７１ａにおいてブリッジ片７１ｂの反対側には被験者の耳６に向かってバンド部７１ｄが延在している。そして、バンド部７１ｄは被験者の耳６の上を通って被験者の後頭部２ａまで延在している。被験者の後頭部２ａでは一対のバンド部７１ｄを接続して固定する接続部７１ｅが設置されている。接続部７１ｅは一対のバンド部７１ｄを分離可能に接続する機能を備えている。接続部７１ｅには例えば、マジックテープ（登録商標）を用いることができる。支持本体部７１の装着性を良くするためにバンド部７１ｄは伸縮性のある部材にて構成するのが好ましい。例えば、糸状のゴムを編みこんだ布を用いても良い。
枠部７１ａにおいて被験者の下瞼７と対向する場所には超音波センサー部７２が設置されている。超音波センサー部７２は、枠部７１ａが被験者の下瞼７を覆っている場所で被験者の下瞼７と接触して設置されている。眼球生体情報収集装置７０はバンド部７１ｄに演算装置９を備え、演算装置９は超音波センサー部７２と図示しない配線により電気的に接続されている。
図６（ｃ）は、超音波センサー部と眼球との関係を説明するための模式側断面図である。被験者の下瞼７には枠部７１ａに支持された超音波センサー部７２が接触している。超音波センサー部７２は枠部７１ａ側から順に土台部７２ａ、押圧部及び弾性部材としての弾性部７２ｂ、センサー本体７２ｃ、超音波伝導体７２ｄが重ねて設置されている。土台部７２ａは枠部７１ａに固定されており、超音波センサー部７２の向きを維持する構造物である。弾性部７２ｂの材質は弾性部８ｂと同様の材質を用いることができる。
弾性部７２ｂは超音波センサー部７２を被験者の下瞼７に押圧する。弾性部７２ｂの一部はセンサー本体７２ｃと接触し、一部は被験者の頭部２の一部である人体の頬７３に接している。従って、弾性部７２ｂと被験者の頭部２との間に摩擦が生ずる為、弾性部７２ｂは被験者の頭部２に対して移動し難くなる。超音波センサー部７２が被験者の下瞼７に対して移動するとき反射波１３ａにはノイズ成分が増える。一方、本実施形態では、超音波センサー部７２が眼瞼に対して移動し難いため、ノイズの発生が抑制された反射波１３ａを受信することができる。センサー本体７２ｃ及び超音波伝導体７２ｄは第１の実施形態におけるセンサー本体８ｃ及び超音波伝導体８ｄと同一の構造及び機能を有しており、説明を省略する。
（第４の実施形態）
次に、眼球生体情報収集装置の一実施形態について図７を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、超音波センサー部８が人体の上瞼と接触して設置されている点にある。図７（ａ）は眼球生体情報収集装置の構造を示す模式正面図であり、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、超音波センサー部と眼球との関係を説明するための模式側断面図である。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
図７（ａ）に示すように、眼球生体情報収集装置７６は被験者の頭部２に設置されて用いられる。眼球生体情報収集装置７６はフレームとしての支持本体部７７を備えている。支持本体部７７はメガネのフレームと同様の形状となっている。支持本体部７７には被験者の眼４と対向する場所に一対の枠部７７ａが設置されている。被験者の頭部２を顔側から見たとき枠部７７ａは被験者の眼４を囲む形状となっている。
一対の枠部７７ａの間にはブリッジ片７７ｂが架設されている。そして、各枠部７７ａのブリッジ片７７ｂ側には鼻当て７７ｃが設置され、鼻当て７７ｃは被験者の鼻５の両脇と接触する。これにより、鼻当て７７ｃは眼球生体情報収集装置７６を支えている。各枠部７７ａにおいてブリッジ片７７ｂの反対側には被験者の耳６に向かってつる７７ｄが延在している。そして、つる７７ｄにおいて被験者の耳６側の端には掛け部７７ｅが設置されている。
各枠部７７ａの内側には鼻当て７７ｃの付近から眼瞼としての人体の上瞼７８に向けて延在する弾性支持部及び支持部としてのセンサー支持部７７ｆが設置されている。センサー支持部７７ｆの一端には超音波センサー部８が位置しセンサー支持部７７ｆが超音波センサー部８を支持する。そして、超音波センサー部８は人体の上瞼７８と接触して設置されている。
センサー支持部７７ｆが枠部７７ａと接続する場所には蝶番７７ｇが設置されている。蝶番７７ｇを中心としてセンサー支持部７７ｆが回転することにより超音波センサー部８は人体の上瞼７８の動作と連動して上下に移動することが可能になっている。
図７（ｂ）は、人体の上瞼７８が上に移動し、人が被験者の眼４を開いた状態を示している。このとき、超音波センサー部８は人体の上瞼７８と接触し、超音波センサー部８から発信される超音波１３は角膜１２ｂに向かって進行する。そして、角膜１２ｂにて反射した反射波１３ａは超音波センサー部８に向かって進行する。従って、超音波センサー部８は人体の上瞼７８が上がっているときに角膜１２ｂの厚みを測定することができる。
図７（ｃ）は、人体の上瞼７８が下に移動し、人が被験者の眼４を閉じた状態を示している。このとき、超音波センサー部８は人体の上瞼７８と接触し、水晶体１２ｄと対向する場所に位置している。超音波センサー部８から発信される超音波１３は角膜１２ｂに向かって進行する。そして、角膜１２ｂにて反射した反射波１３ａは超音波センサー部８に向かって進行する。従って、超音波センサー部８は人体の上瞼７８が下がっているときに角膜１２ｂの厚みを測定することができる。
従って、眼球生体情報収集装置７６は人が被験者の眼４を閉じているときにも開いているときにも角膜１２ｂの厚みを測定することができる。そして、眼球生体情報収集装置７６ではメモリー４１に角膜１２ｂの厚みと眼圧との関係を示す角膜眼圧変換データが記憶されている。角膜眼圧変換データはメモリー４１に記憶された校正値データ４７の１つである。そして、眼圧値演算部５２は角膜１２ｂの厚みの算出値と角膜眼圧変換データとを用いて眼圧を算出する。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、人が被験者の眼４を開いているときにも閉じているときにも角膜１２ｂの厚みを測定することにより眼球生体情報収集装置７６は眼圧を測定することができる。
（第５の実施形態）
次に、眼球生体情報収集装置の一実施形態について図８を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、超音波発信部１７と超音波受信部１８が共通の超音波発信受信素子を使用する点にある。図８は超音波センサー部の電気ブロック図である。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。
図８に示すように、眼球生体情報収集装置８１は超音波センサー部８２を備え、超音波センサー部８２は超音波発信部８３及び超音波受信部８４を備えている。超音波発信部８３は第１増幅部３４と超音波素子としての超音波発信受信素子８５を備えている。超音波発信受信素子８５は超音波発信素子２８や超音波受信素子３１と同様の形態となっている。
超音波受信部８４は超音波発信受信素子８５と第２増幅部３５とを備え、さらに、超音波発信受信素子８５と第２増幅部３５との間にスイッチ８６が配置されている。超音波センサー部８２に超音波１３を発信させるとき、超音波センサー部８２はスイッチ８６を開いた状態に切り換える。次に、超音波センサー部８２は第１増幅部３４に駆動波形３３ａを入力する。第１増幅部３４は駆動波形３３ａを増幅し、増幅した駆動信号３４ａを超音波発信受信素子８５に出力する。超音波発信受信素子８５は駆動信号３４ａにより駆動され超音波１３を発信する。超音波１３を発信した直後に超音波センサー部８２はスイッチ８６を閉じた状態に切り換える。
超音波１３は眼球１２にて反射し、反射波１３ａが超音波センサー部８２に向かって進行する。反射波１３ａが超音波発信受信素子８５に到達すると超音波発信受信素子８５は反射波１３ａを受信し、受信信号８５ａをスイッチ８６に出力する。このとき、超音波発信受信素子８５と第１増幅部３４とは接続されているが、第１増幅部３４はインピーダンスが高いので、受信信号８５ａが第１増幅部３４に入力されないようになっている。
スイッチ８６は閉じた状態となっているので、受信信号８５ａは第２増幅部３５に出力される。第２増幅部３５は受信信号８５ａを増幅し、増幅した受信波形３５ａをＡＤ変換部３６に出力する。以降のステップは第１の実施形態と同じであり、説明を省略する。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波発信受信素子８５が超音波１３を発信する機能と反射波１３ａを受信する機能とを備えている。従って、超音波１３を発信する素子と反射波１３ａを受信する素子とを備えるときに比べて超音波センサー部８２を小型にすることができる。
（第６の実施形態）
次に、眼球生体情報収集装置の一実施形態について図９を用いて説明する。本実施形態が第２の実施形態と異なるところは、超音波発信素子６６と超音波受信素子６７との配置が異なる点にある。図９は超音波素子の配列を説明するための模式平面図であり、駆動回路６３を省略した図である。尚、第２の実施形態と同じ点については説明を省略する。
図９（ａ）に示すように、超音波センサー部８９は回路基板９０を備えている。回路基板９０上には超音波素子としての超音波発信素子９１及び超音波受信素子９２が５行５列のマトリクス状に配置された素子アレイを構成している。そして、超音波発信素子９１が中央に位置する３行３列の素子アレイを構成し、超音波発信素子９１の周囲に超音波受信素子９２が囲む配置となっている。尚、超音波発信素子９１と超音波受信素子９２との配置を入れ替えても良い。超音波１３の発信と反射波１３ａの受信特性に合わせて入れ替えても良い。
図９（ｂ）に示すように、超音波センサー部９３は回路基板９０を備えている。回路基板９０上には超音波発信素子９１及び超音波受信素子９２が５行５列のマトリクス状に配置された素子アレイを構成している。そして、超音波発信素子９１と超音波受信素子９２とが交互に配置された素子アレイを構成している。尚、超音波発信素子９１と超音波受信素子９２との配置を入れ替えても良い。超音波１３の発信と反射波１３ａの受信特性に合わせて入れ替えても良い。
図９（ｃ）に示すように、超音波センサー部９４は回路基板９０を備えている。回路基板９０上には超音波発信素子９１及び超音波受信素子９２が５行５列のマトリクス状に配置された素子アレイを構成している。そして、超音波発信素子９１が図中横方向に並んで配列し、超音波受信素子９２も図中横方向に並んで配列している。そして、超音波発信素子９１の配列と超音波受信素子９２の配列とが図中縦方向に交互に配置された素子アレイを構成している。尚、超音波発信素子９１と超音波受信素子９２との配置を入れ替えても良い。超音波１３の発信と反射波１３ａの受信特性に合わせて入れ替えても良い。
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、超音波発信素子９１と超音波受信素子９２とが配列した素子アレイを構成している。従って、発信特性及び受信特性を調整することができる。
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、超音波センサー部８の回路基板１６において超音波発信部１７及び超音波受信部１８とセンサー回路部１９とが同じ面に設置された。超音波発信部１７及び超音波受信部１８とセンサー回路部１９とは別の面に配置しても良い。そして、回路基板１６に貫通電極を形成し、超音波発信部１７及び超音波受信部１８とセンサー回路部１９とを電気的に接続しても良い。回路基板１６の面積を小さくすることができる。または、超音波発信部１７及び超音波受信部１８の面積を広くして超音波１３の受信感度を上げることができる。
（変形例２）
前記第１の実施形態では、超音波センサー部８は回路基板１６上に素子基板２３を重ねて設置し、素子基板２３上の開口１６ａに振動膜２４を配置した。そして、振動膜２４を両持ち梁構造とした。この形態によらず、回路基板１６に凹部を形成して開口１６ａとし、凹部上に振動膜２４を配置しても良い。この構造にしても振動膜２４を両持ち梁構造にすることができる。この２つの構造の内製造し易い構造を選択しても良い。
（変形例３）
前記第１の実施形態では、センサー支持部３ｆはバネ性のある金属としたが、フィラーを含有した樹脂でもよい。所望の形状にすることができる。また、センサー支持部３ｆを中空の管状にしても良い。そして、管の中に配線を設置しても良い。さらに、配線は支持本体部３の内部に配置しても良い。外観のデザインの自由度を高くすることができる。
（変形例４）
前記第１の実施形態では、眼圧値演算部５２が眼圧を算出した。さらに、眼圧を時間に対して累積する演算を行っても良い。眼圧による眼球１２への損傷の程度を算出することができる。
（変形例５）
前記第１の実施形態では、センサー支持部３ｆに超音波センサー部８の土台部８ａが固定された構造であった。センサー支持部３ｆと土台部８ａとは回転可能に接続してもよい。超音波センサー部８が被験者の下瞼７の方にむくので、容易に超音波センサー部８を被験者の下瞼７に密着させることができる。尚、前記第４の実施形態においてもセンサー支持部７７ｆと土台部８ａとは回転可能に接続してもよい。
（変形例６）
前記第４の実施形態では、角膜１２ｂの厚みを測定して眼圧を算出したが、他にも、水晶体１２ｄの厚みや眼球１２の寸法を測定しても良い。各種の眼病の治療に活用することができる。
１，７０，７６，８１…眼球生体情報収集装置、２…被験者の頭部、３…フレームとしての支持本体部、３ｆ，７７ｆ…弾性支持部及び支持部としてのセンサー支持部、７…眼瞼としての被験者の下瞼、８ｂ…押圧部、弾性部材及び支持部としての弾性部、８ｄ，７２ｄ…超音波伝導体、８，６１，７２，８２，８９，９３，９４…超音波センサー部、１２…眼球、１３…超音波、１３ａ…反射波、１６…基板としての回路基板、１６ａ…開口、１７，６４，８３…超音波発信部、１８，６５，８４…超音波受信部、１９…センサー回路部、２５…下部電極、２８ａ，３１ａ…圧電素子部、２８，６６，９１…超音波素子としての超音波発信素子、３１，６７，９２…超音波素子としての超音波受信素子、３４…増幅回路としての第１増幅部、３５…増幅回路としての第２増幅部、３６…ＡＤ変換部、３６ａ…デジタル信号としてのデジタル受信波形、４１…記憶部としてのメモリー、６２，９０…回路基板、６３…駆動回路、７１…巻回部としての支持本体部、７２ｂ…押圧部及び弾性部材としての弾性部、７７…フレームとしての支持本体部、７８…眼瞼としての人体の上瞼、８５…超音波素子としての超音波発信受信素子。

Claims (13)

  1. 被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、
    前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、
    前記使用時に前記超音波センサー部を前記被験者の眼瞼に押圧可能に設けられている押圧部と、を備えることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  2. 請求項１に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記超音波センサー部は、複数の開口がアレイ状に配置された基板と、
    前記開口に形成される振動膜と、
    前記振動膜に、２つの電極に接触する圧電体膜を有する超音波素子と、を備える
    ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  3. 請求項２に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記基板は半導体基板であることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  4. 請求項３に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記超音波センサー部は、
    前記超音波素子と、受信した信号を増幅する増幅回路とを一体に備えることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  5. 請求項４に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記超音波センサー部は、
    前記超音波素子が直列接続されている超音波受信部を有することを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  6. 請求項５に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記超音波センサー部は、
    前記超音波素子が並列接続されている超音波発信部を有することを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記超音波センサー部の前記眼瞼を向く側にはゲル状の超音波伝導体が設置されていることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記増幅回路が出力する信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記デジタル信号を記憶する記憶部と、を有することを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の眼球生体情報収集装置であって、
    前記押圧部は、弾性材料からなる弾性部材を有し、前記被験者の頭部に装着される際に前記弾性部材の一部が前記被験者の頭部に接する位置に配設されていることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  10. 被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、
    前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、
    前記超音波センサー部の前記使用時に前記被験者の眼瞼に向く側とは逆側に設けられる弾性部と、を備えることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  11. 被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、
    前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、
    前記超音波センサー部を支持し、前記使用時に前記被験者の眼瞼に向く方向に延在する弾性支持部と、を備えることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  12. 被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、
    前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、
    前記使用時に前記被験者の耳および鼻に載上されるフレームと、
    前記フレームに取り付けられ、前記使用時に前記被験者の眼瞼に向く方向に前記超音波センサー部を支持し弾性材料からなる支持部と、を備えることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
  13. 被験者に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、
    前記眼球生体情報収集装置の前記使用時に前記被験者の眼球に向けて超音波を発信し前記眼球で反射された反射波を受信する超音波センサー部と、
    前記使用時に前記被験者の頭部に巻回される巻回部と、
    前記巻回部と前記超音波センサー部との間に位置し、前記超音波センサー部を前記被験者の眼瞼に押圧する弾性材料からなる押圧部と、を備えることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
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