JP6327833B2 - 眼科装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼底を撮像可能な眼科装置に関し、特に補償光学系を備えた眼科装置に関するものである。

近年、眼科用の撮像装置として、眼底に２次元的にレーザ光を照射し、その反射光を受光して画像化するＳＬＯ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：走査レーザ検眼鏡）が開発されている。また、眼科用の撮像装置として、低コヒーレンス光の干渉を利用したイメージング装置が開発されている。低コヒーレンス光の干渉を利用したイメージング装置は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光干渉断層装置）と呼ばれ、特に、眼底あるいはその近傍の断層像を得る目的で用いられている。ＯＣＴの種類としては、ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ＤｏｍａｉｎＯＣＴ：タイムドメイン法）や、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ：スペクトラルドメイン法）等を含め、種々のものが開発されてきている。特に、眼科用の撮像装置は、近年において、照射レーザの高ＮＡ化等によって更なる高解像度化が進められている。

しかしながら、眼底を撮像する場合には、角膜や水晶体等の眼の光学組織を通して撮像をしなければならない。そのため、高解像度化が進むに連れて、これら角膜や水晶体により発生する収差が撮像画像の画質に大きく影響するようになってきた。

そこで、眼の収差を測定し、その収差を補正する補償光学（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ：ＡＯ）機能を光学系に組み込んだ、ＡＯ−ＳＬＯやＡＯ−ＯＣＴの研究が進められている。例えば、非特許文献１に、ＡＯ−ＯＣＴの例が示されている。これらＡＯ−ＳＬＯやＡＯ−ＯＣＴは、一般的にはシャックハルトマン波面センサ方式によって眼の波面を測定する。シャックハルトマン波面センサ方式とは、眼に測定光を入射し、その反射光をマイクロレンズアレイを通してＣＣＤカメラに受光することによって波面を測定するものである。測定した波面を補正するように反射型光変調素子を駆動し、それらを通して眼底の撮像を行うことにより、ＡＯ−ＳＬＯやＡＯ−ＯＣＴは高分解能な撮像が可能となる。

反射型光変調素子には可変形状ミラーと反射型液晶素子があるが、反射型液晶素子は偏光方向があるため２個の素子が必要であり光学系が大きくなる。また、波長依存が大きいため眼底の観察でしばしば行われる多波長での観察には適していない。以上より反射型光変調素子には可変形状ミラーを用いることが望ましい。

可変形状ミラーはミラー形状を変形させることで有効径内に光軸方向の光路長差を生じさせ、波面を補正する。ここでは有効径内の２か所のミラー面の光軸方向の座標の差を変位量と呼ぶ。ミラーは反射型素子であるため、必要な最大変位量は、補正したい最大光路長の半分である。

可変形状ミラーは複数のアクチュエータにより連続したミラー面を変形させるタイプと、複数のセグメントに分割されたミラーをそれぞれ個別のアクチュエータで光軸方向に並進駆動するタイプがある。さらに複数のセグメントに分割されたミラーをそれぞれ個別のアクチュエータで光軸方向の並進動作および２軸の傾き動作が可能なタイプがある。

特許文献１には、眼底からの収差を含んだ反射光を補正する際に、少なくとも２つの反射型光変調素子を用いて補正量を増やすことが開示されている。

特許文献２には、直径１２ｍｍ、最大変位量１６μｍ、８５分割の反射型光変調素子をもちいて模型眼に入射する光束の収差を補正したところ残存収差ＲＭＳを０．０９３μｍに補正できたことが開示されている。しかし、有効径におけるミラー分割数については開示されていない。

非特許文献１には、波面補正の精度を表すストレール比と反射型光変調素子を駆動するアクチュエータ数との関係、および人眼の収差に必要なアクチュエータの変位量が示されている。

特開２００５−２２４３２７号公報 特開２００７−２１０４４号公報

Ｎ．Ｄｏｂｌｅ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．２０，１０ Ｊｕｌｙ ２００７

眼底の進行性疾患は早期発見が重要である。このため視細胞レベルまで詳細に観察できる観察装置が望まれる。視細胞には黄斑部を中心に分布する２〜５μｍ程度の大きさの錐体細胞と、黄斑部以外に多く分布する２μｍ程度の大きさの杆体細胞の２種類がある。黄斑部の中心窩では錐体細胞のサイズが２μｍ程度と小さい。よって眼底疾患を早期に発見するには２μｍ程度の分解能が必要である。

前述の通り眼科装置では、高分解能を得るために補償光学機能を組み込んだ装置が開発されているが、被検眼が有する光学収差には個人差があるため、被検眼によっては視細胞の鮮明な画像を得られない場合があるという問題があった。

特許文献１には、複数の可変形状ミラーを用いることにより、所望の補正量を得ることが開示されているが、光学系をコンパクトに構成することが難しくなる。

特許文献２には、単一の可変形状ミラーで残存収差ＲＭＳを０．０９３μｍに補正できたことが開示されているが、この残存収差量ではストレール比を０．８以下にできず、十分な光学特性を確保できていない。

本発明は、視細胞レベルまで詳細な観察が可能な光学特性を有し、更に、光学系をコンパクトにすることが可能な眼科装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明は、被検眼の画像を取得する眼科装置であって、測定光および戻り光の少なくとも一方を変調する反射型光変調素子と、前記被検眼にて発生する収差を測定する収差測定手段と、前記収差測定手段の測定結果に基づいて前記反射型光変調素子を制御して前記戻り光の波面収差を補正する制御手段とを有し、前記反射型光変調素子は、有効径が７．５ｍｍ以下である反射ミラーと、前記有効径内で前記反射ミラーに作用する６１個以上の、最大変位が７．５μｍ以上のアクチュエータを有することを特徴とする。

本発明の眼科装置によれば、より多くの被検眼に対して２μｍ程度の分解能を得ることが出来るため、杆体細胞や黄斑部の中心窩の錐体細胞、視神経、末梢血流の観察を含めた眼底の詳細な観察が可能となる。特に、黄斑部の錐体細胞で異常が起こる錐体ジストロフィやスタルガルト病、杆体細胞で主に異常が起こる網膜色素変性症、視神経の委縮が起こる緑内障、末梢血流の異常が起こる糖尿病網膜症や網膜静脈分枝閉塞症、等の眼底疾患の早期発見が可能となる。

また、反射ミラーの有効径が７．５μｍ以下であるため、反射型光変調素子を小型化することができ、光学系もコンパクトに構成することが可能である。

本発明の実施例１における眼科装置の全体構成を説明する図である。 本発明の眼科装置に用いる反射型光変調素子の構成を示す図である。 本発明の眼科装置に用いる反射型光変調素子のアクチュエータ配置を示す図である。 図２の反射型光変調素子のアクチュエータの構造を示す斜視図である。 （ａ）図４のアクチュエータの上面図である。（ｂ）図４のアクチュエータの断面図である。 図４のアクチュエータの駆動状態を示す断面図である。 本発明の実施例２における眼科装置の全体構成を説明する図である。

反射型光変調素子は、反射ミラーと反射ミラー面内方向に配置された複数のアクチュエータにより構成され、各アクチュエータが特定の反射ミラー領域に作用することにより、反射ミラーが光軸方向に変形する。所望の形状を再現するためには、アクチュエータ数とアクチュエータのストローク量をともに大きくすることが必要である。これはＺｅｒｎｉｋｅモードの空間周波数が高次ほど大きくなるため、これに対応してアクチュエータ数を大きくする必要があるためである。

眼底を観察する際の分解能は、眼底上のビームスポット径ω１と同等と考えた場合、入射ビーム径ω０と波長λと眼の焦点距離ｆを用いて下記式であらわされる。
ω１＝ω０・ｆ／｛π・（ω０／２）２／λ｝

人眼の焦点距離ｆは約１７ｍｍ、入射可能な最大ビーム径ω０は約７ｍｍであるから、視細胞を観察可能とするスポット径ω１＝２μｍを実現するために必要な波長は約６５０ｎｍ以下となる。実際には眼底上のスポット径が解像できる限界ではなく、コントラスト大きい像であれば例えばスポット径ω１＝３μｍでも２μｍの対象物を判別できる。この場合、必要な波長は約９７０ｎｍ以下である。

以上は収差の無い光学系での試算だが、実際の光学系ではさらに眼球内等を光が通ることによる波面のゆがみを補正する必要がある。また、波面補正後のビームスポットのストレール比は０．８が回折限界とされ、これ以下では所望の分解能が得られないとされている。ストレール比Ｓと残収差のＲＭＳ値Ｗとの関係は下記式であらわされる。
Ｗ＝（１−Ｓ）^１／２ ×λ／２π

したがってストレール０．８以上は、波長６５０ｎｍでＲＭＳが０．０４６μｍ以下、波長９７０ｎｍでＲＭＳが０．０６８μｍ以下に相当する。しかしながら、従来、眼科装置に適した有効径サイズでこのような性能を満足する反射型光変調素子は無かった。

この課題を解決するために本発明は、波面収差に用いる反射型光変調素子が、連続する反射面を有する可変形状ミラーであって、有効光学系内のアクチュエータ数が６１個以上、ストローク長７．５μｍ以上、有効径７．５ｍｍ以下であることを特徴とする。この反射型光変調素子によれば、波面補正後のストレール比を０．８以上とでき、設計した所望の分解能を発揮することが可能となる。また、光学系も小型化可能となる。

眼科装置は、観察部位や観察方法により異なる波長の光が用いられる。眼底部の観察には水の吸収の影響が小さい８５０ｎｍ帯（８５０ｎｍ±５０ｎｍ）がよく用いられる。非特許文献１の第８頁の記載に基づけば、瞳に入射するビーム径７．５ｍｍの光学系でストレール比を０．８以上にするためには、波長８５０ｎｍの場合、ミラーの有効径を径方向に９分割以上（アクチュエータ数で６１個以上）する必要がある。より高分解能を得るためには波長を短くするが、可視光領域に入ると観察光の影響で被検者の視点が動きやすくなるため、波長７５０ｎｍ程度までが好ましく、この場合の必要な分割数は１０分割以上（アクチュエータ数で８０個以上）である。本発明では、８５０ｎｍ帯以下、即ち最大９００ｎｍ以下の波長の光を用いて観察を行うものとする。

反射型光変調素子として、連続したミラー面を変形させるタイプの可変形状ミラーについて、有効径内の具体的なアクチュエータ数を考える。ここでは２次元平面内でアクチュエータを配置する場合、代表的には図３に示すような三角格子および正方格子の配置が考えられる。径方向に９分割する場合、アクチュエータの数は三角格子の配置で図３（ａ）に示すように６１個、正方格子の配置で図３（ｄ）に示すように６９個である。径方向に１０分割する場合、アクチュエータの数は三角格子の配置で図３（ｂ）に示すように８５個、正方格子の配置で図３（ｅ）に示すように８０個である。径方向に１１分割する場合、アクチュエータの数は三角格子の配置で図３（ｃ）に示すように１０９個、正方格子の配置で図３（ｆ）に示すように９７個である。

並進駆動のみのセグメントミラーの場合、同じ解像度を得るためには連続したミラー面を変形させるタイプと比べて２０倍程度の分割数が必要なことが分かっている。一方、並進駆動および２軸の傾き動作が可能なセグメントミラーの場合、本質的に連続したミラー面を変形させるタイプと同じであり、同じ分割数で同等の解像度を得ることが出来る。本発明では、並進駆動および２軸の傾き動作が可能なセグメントミラーのみ、連続する反射面を有する可変形状ミラーに含めるものとする。

また、非特許文献１の第７頁の記載に基づけば、ほとんどの被検眼の波面収差を補正できる最大光路長差は１５μｍ以下である。本発明の可変形状ミラーはストローク長７．５μｍ以上であることを特徴とする。可変形状ミラーは反射型であるため、これにより光路長差１５μｍの収差を補正することが可能である。

さらに、本発明の反射型光変調素子の有効径は７．５ｍｍ以下であることを特徴とする。従来技術で示されたアクチュエータ構造の場合、上記のような高アクチュエータ数、大ストローク長の反射型光変調素子を作製する場合、アクチュエータの高密度集積が困難であるため反射型光変調素子の有効径が瞳への入射ビーム径に比べて大きくなる。反射型光変調素子の有効径とは、可変形状ミラーにおけるビームを反射する有効領域の径のことであり、瞳に入射するビーム径とは別に設定可能である。眼科装置の光学系は、後述するように、各瞳共役位置（波面センサ、反射型光変調素子、スキャナ、眼の瞳）の間を望遠鏡光学系で繋いだ構成になっている。この際、各望遠鏡光学系が等倍であると収差を低減し易い。これは、偏心した各球面ミラーで出た非点収差を２枚のミラーを異なる方向に偏心させて補正する際の補正残渣を小さくできるためである。標準的な人の瞳孔径が７ｍｍ以下であることを考慮すれば、各望遠鏡光学系を等倍で構成した場合、瞳に入射可能な最大ビーム径は７ｍｍ程度、反射型光変調素子の有効径は組み立て誤差を含めても最大７．５ｍｍ以下で十分である。しかし、従来は、このような小型の反射型光変調素子を製作することは困難であった。そのため、従来の反射型光変調素子において、所望の収差補正能力を持たせようとすると有効径は１０ｍｍ以上のより大きなものとなり、望遠鏡光学系の少なくとも一部を拡大光学系で構成せざるを得なかった。その結果、反射型光変調素子と、反射型光変調素子に隣接する球面ミラーとの間の光路長が大きくなるため、光学系が大きくなり、光学系の小型化は困難であった。また、偏心した各球面ミラーで出た非点収差を十分に除去することができず、波面収差の残渣を小さくすることができなかった。

本発明では、以下に示すアクチュエータ構造により、上述した高アクチュエータ数、大ストローク長、小有効径の可変形状ミラーを提供することが可能である。

上記記載の仕様を実現するための、本発明の反射型光変調素子である可変形状ミラーを説明する。アクチュエータの好ましい構造は、基板上にフォトリソグラフィーを用いた微細加工技術により形成したアクチュエータを２次元配置した構造である。高密度で高ストロークのアクチュエータとしては、可動櫛歯および固定櫛歯が空隙を介して噛み合わされた櫛歯アクチュエータ構造を用いることが出来る。可動櫛歯が光路方向に変位できるように弾性体で支持し、可動櫛歯と固定櫛歯との間に力を作用させることにより可動櫛歯が固定櫛歯に対して変位する。平行平板の静電アクチュエータが、ある印加電圧以上で可動電極が固定電極に引き込まれてコラプスするため、ストロークを大きくできないのに対し、櫛歯アクチュエータ構造は櫛歯面方向に移動するためストローク量を大きくことが可能である。櫛歯間に作用させる力は、静電力や電磁力を用いることが出来る。アクチュエータは反射ミラーの反射面とは反対側の面に作用部を介して接続される。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。ただし、本発明は図示例のものに限定されるものではない。

本発明の眼科装置の実施例１としてＳＬＯ装置について説明する。本実施例では、被検眼の光学収差を反射型光変調素子を用いて補正して平面画像を取得し、被検眼の視度や光学収差によらず良好な平面画像が得られるようにされている。

図１を用いて、まず、本実施例におけるＳＬＯ装置１００の概略構成について、具体的に説明する。光源１０１から出射した光は光カプラー１３１によって参照光１０５と測定光１０６とに分割される。測定光１０６は、シングルモードファイバー１３０−４、反射型光変調素子１５９、ＸＹスキャナ１１９、球面ミラー１６０−１〜３，６〜９等を介して、観察対象である被検眼１０７に導かれる。測定光１０６は被検眼１０７によって反射あるいは散乱された戻り光１０８となり、ディテクター１３８に入射される。ディテクター１３８は戻り光１０８の光強度を電圧に変換し、その信号を用いて、被検眼１０７の平面画像が構成される。本実施例では、光学系の全体を主に球面ミラーを用いた反射光学系を用いて構成しているが、球面ミラーの代わりにレンズを用いた屈折光学系によっても構成することもできる。

つぎに、光源１０１の周辺について説明する。光源１０１は代表的な低コヒーレント光源であるＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）である。波長は８３０ｎｍ、半値全幅（ＦＷＨＭ）５０ｎｍである。ここでは、スペックルノイズの少ない平面画像を取得するために、低コヒーレント光源を選択している。また、光源の種類は、ここではＳＬＤを選択したが、低コヒーレント光が出射できればよく、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等も用いることができる。

また、波長は眼を測定することを鑑みると、近赤外光が適する。さらに波長は、得られる平面画像の横方向の分解能に影響するため、なるべく短波長であることが望ましく、ここでは８３０ｎｍとする。観察対象の測定部位によっては、他の波長を選んでも良い。
光源１０１から出射された光は、シングルモードファイバー１３０−１と光カプラー１３１とを介して、参照光１０５と測定光１０６とに、９６：４の割合で分割される。１５３は偏光コントローラである。

次に、参照光１０５の光路について説明する。光カプラー１３１によって分割された参照光１０５は光ファイバー１３０−２を介して、光量測定装置１６４に入射される。光量測定装置１６４は参照光の１０５の光量を測定し、測定光１０５の光量モニターとして用いられる。

つぎに、測定光１０６の光路について説明する。光カプラー１３１によって分割された測定光１０６は、シングルモードファイバー１３０−４を介して、レンズ１３５−４に導かれ、ビーム径７ｍｍの平行光になるよう調整される。測定光１０６は、ビームスプリッタ１５８を通過し、球面ミラー１６０−１〜２にて反射され、反射型光変調素子１５９に入射される。ここで、反射型光変調素子１５９は、制御手段であるパソコン１２５からドライバ部１８１内の駆動ドライバ１８４を介して制御される。

次に、測定光１０６は、反射型光変調素子１５９にて変調され、球面ミラー１６０−３、６にて反射され、ＸＹスキャナ１１９のミラーに入射される。ここでは、簡単のため、ＸＹスキャナ１１９は一つのミラーとして記したが、実際にはＸスキャナとＹスキャナとの２枚のミラーが近接して配置され、網膜１２７上を光軸に垂直な方向にラスタースキャンするものである。また、測定光１０６の中心はＸＹスキャナ１１９のミラーの回転中心と一致するように調整されている。

ここで、Ｘスキャナは測定光１０６を紙面に平行な方向に走査するスキャナであり、ここでは共振型スキャナを用いている。駆動周波数は約７．９ｋＨｚである。また、Ｙスキャナは測定光１０６を紙面に垂直な方向に走査するスキャナであり、ここではガルバノスキャナを用いている。駆動波形はのこぎり波、周波数は６４Ｈｚ、デューティ比は１６％である。ＸＹスキャナ１１９はパソコン１２５からドライバ部１８１内の光スキャナ駆動ドライバ１８２を介して制御される。

球面ミラー１６０−７〜９は網膜１２７を走査するための光学系であり、測定光１０６を角膜１２６の付近を支点として、網膜１２７をスキャンする役割がある。

また、１１７は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、付随する球面ミラー１６０−８の位置を、調整することができる。

ここで、電動ステージ１１７はパソコン１２５からドライバ部１８１内の電動ステージ駆動ドライバ１８３を介して制御される。球面ミラー１６０−８の位置を調整することで、被検眼１０７の網膜１２７の所定の層に測定光１０６を合焦し、観察することが可能になる。また、このような構成によれば、被検眼１０７が屈折異常を有している場合にも対応できる。

測定光１０６は被検眼１０７に入射すると、網膜１２７からの反射や散乱により戻り光１０８となり、再び光カプラー１３１に導かれ、シングルモードファイバー１３０−３を介して、ディテクター１３８に到達する。ディテクター１３８は例えば高速・高感度な光センサであるＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）やＰＭＴ（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）が用いられる。

ビームスプリッタ１５８にて分割される戻り光１０８の一部は、シャックハルトマン方式の波面センサ１５５に入射され、被検眼１０７で発生する戻り光１０８の収差が測定される。波面センサ１５５はパソコン１２５に電気的に接続されている。制御手段であるパソコン１２５は、波面センサ１５５の出力に基づいて反射型光変調素子１５９の駆動量を算出し、駆動ドライバ１８４を介して反射型光変調素子１５９へ駆動信号を供給して、アクチュエータを変位させる。そして、反射型光変調素子１５９の反射ミラーの変位量を制御する。

ここで、角膜１２６とＸＹスキャナ１１９と波面センサ１５５と反射型光変調素子１５９とは光学的に共役になるよう、球面ミラー１６０−１〜３，６〜９等が配置されている。

そのため、波面センサ１５５は被検眼１０７の収差を測定することが可能になっている。また、反射型光変調素子１５９は被検眼１０７の収差を補正することが可能になっている。

さらに、波面センサの測定結果により得られた収差に基づいて、反射型光変調素子１５９をリアルタイムに制御することで、被検眼１０７で発生する収差を補正し、より横方向の分解能の高い平面画像の取得を可能にしている。尚、本実施例では、測定光１０６と戻り光１０８の共有光路中に反射型光変調素子を配置しているため、反射型光変調素子１５９は測定光１０６と戻り光１０８の両方を変調している。測定光１０６の収差補正は眼底に照射スポットを絞るためであり、戻り光１０８の収差補正は眼底からの散乱光をディテクターに結像させるためである。この場合、光路が同一のため収差補正量は測定光１０６と戻り光１０８では同一となる。尚、測定光１０６或いは戻り光１０８のいずれか一方を変調して、戻り光１０８の波面収差を補正するように構成しても良い。測定光１０６を変調する場合は、被検眼１０７で反射された際に収差が相殺されるように、波面センサで得られた収差とは逆の収差をあらかじめ測定光に与えて、戻り光１０８の波面収差を補正する。戻り光１０８を変調する場合は、波面センサで得られた収差に基づいて被検眼１０７での収差を補正し、戻り光１０８の波面収差を補正する。ここでは、１６０−８は球面ミラーであるが、被検眼１０７の収差（屈折異常）によっては、球面ミラー１６０−８の代わりにシリンドリカルミラーを用いてもよい。また、新たなレンズを測定光１０６の光路に追加してもよい。尚、本実施例の光学系は等倍光学系で構成されている。

本実施例では、測定光１０６を用いて、波面センサ１５５を用いた収差の測定を行っているが、収差の測定のために専用の光源を用いてもよい。また、収差の測定のために他の光路を構成してもよい。例えば、球面ミラー１６０−９と角膜１２６の間から、ビームスプリッタを用いて、収差の測定のための光を入射することができる。

反射型光変調素子１５９について説明する。反射型光変調素子１５９はミラー形状を変形させることにより有効径内に光軸方向の光路長差を生じさせる可変形状ミラーを用いる。図２を用いて、本実施例に用いる可変形状ミラー２０１を説明する。図２（ａ）は有効径内のアクチュエータ配置を示す図である。図２（ｂ）は可変形状ミラーの断面図である。個々のアクチュエータ２０２で発生した駆動力は、それぞれの作用部２１０を介してミラー部２０３に作用し、ミラー部２０３を変位させる。アクチュエータの数は６１個である。中心部のアクチュエータは６つのアクチュエータと隣接し、三角格子を形成する。可変形状ミラーの有効径は７．５ｍｍ、隣接するアクチュエータ間の間隔は８６０μｍ、最大変位量は１０μｍである。

本実施例の可変形状ミラーは、櫛歯電極を用いた静電駆動型である。図４および図５は実施例に用いる可変形状ミラー２０１のアクチュエータ構造を説明する図である。本実施例ではミラー部２０３（反射面を有する反射ミラー）が作用部２１０を介してアクチュエータ２０２に接続される。アクチュエータ２０２が駆動すると作用部２１０に力が加わり、ミラー部２０３が変位する。図５（ａ）はアクチュエータ２０２の上面図を示す。図５（ａ）では紙面横方向をｘ方向、紙面縦方向をｙ方向、紙面鉛直方向をｚ方向とする。図で示されているｘｙ面は基板に平行な面である。アクチュエータ２０２は、可動櫛歯電極６０１、固定櫛歯電極６０２、可動部６０３、ばね６０４、支持部６０５（６０５ａ、６０５ｂ）、作用部２１０によって構成される。可動部６０３は、ばね６０４に連結されており、可動櫛歯電極６０１及び作用部２１０と接続している。ばね６０４の一端は支持部６０５ａに固定されている。本実施例では可動部６０３の形状は四角柱とし、４面ある側壁の内、ｘｚ面に平行な２面に可動櫛歯電極６０１が配置され、ｙｚ面に平行な２面にはそれぞれ前記一端が支持部６０５ｂに固定されているばね６０４が連結されている。また上面には可動部６０３の変位をミラー部２０３に伝達するための作用部２１０を有している。可動櫛歯電極６０１は、その一端が可動部６０３のｘｚ面に平行な側壁で支持され、ｙ方向（反射ミラーの反射面に平行な方向）に片持ち梁状（カンチレバー状）に延出しており、固定櫛歯電極６０２は、その一端が支持部６０５ｂのｘｚ面に平行な側壁で支持され、ｙ方向に片持ち梁状に延出している。可動部および支持部の側壁が対向しているため、可動櫛歯電極６０１と固定櫛歯電極６０２はお互いに向き合うように配置され、かつそれぞれの櫛歯が交互に並ぶように配置されている。可動櫛歯電極６０１の側面と固定櫛歯電極６０２の側面はｚ方向（反射ミラーの反射面の法線方向）の高さが異なっており、お互いに重なり合わない部分が存在する。図５（ｂ）は可変形状ミラー２０１の断面図を示しており、本実施例における可動櫛歯電極６０１と固定櫛歯電極６０２の位置関係を示している。それぞれの位置関係は、固定櫛歯電極６０２に対して可動櫛歯電極６０１が上部に位置するように配置する。図示の都合上簡略化しているが、本実施例の櫛歯電極の本数は、１アクチュエータにつき可動櫛歯電極が４０本、固定櫛歯電極が４２本であり、櫛歯電極間のギャップ数は８０箇所である。可動櫛歯電極６０１および固定櫛歯電極６０２はどちらも厚さ２００μｍであり、長さは２００μｍである。ばね６０４は可動部６０３のｙｚ面に平行な側壁よりｘ方向に伸びており、支持部６０５ａのｙｚ面に平行な側壁に固定されている。本実施例でのばね６０３の寸法は、厚さ５μｍ、ｘ方向長さ５００μｍ、ｙ方向幅３００μｍで形成する。固定櫛歯電極６０２とばね６０４はそれぞれ支持部６０５ｂと６０５ａにより固定されている。可動櫛歯電極６０１と、固定櫛歯電極６０２にはそれぞれ異なる電圧を印加するため、絶縁用溝６０６により可動櫛歯電極６０１に属する支持部６０５ａと、固定櫛歯電極６０２に属する支持部６０５ｂを電気的に分離している。分離した支持部６０５にそれぞれ配線を配置し電圧制御回路６０７に接続する。

ミラー部２０３は、アクチュエータ２０２を覆うように配置されており、作用部２１０を介してアクチュエータ２０２と連結している。上記構造で可動櫛歯電極６０１と固定櫛歯電極６０２との間に電圧を印加することにより、作用部２１０を光軸方向であるｚ方向に変位させることが可能である。

上記可変形状ミラーは、フォトリソグラフィーを用いた微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）により作製した。作製された可変形状ミラーを搭載するチップのサイズは、２ｃｍ×２ｃｍ×０．５ｃｍ（ＸＹＺ寸法）であった。

図６は複数のアクチュエータ２０２が連結された図である。ミラー部２０３は、反射領域において連続した反射面を形成するように、複数のアクチュエータ２０２を覆うように配置される。ミラー部２０３は、連続した各アクチュエータ２０２を個別に駆動することによりミラー部２０３を所望の形状にすることが出来る。

以上のアクチュエータ構造により、アクチュエータを高密度、高ストロークで形成することが可能である。

つぎに、測定系の構成について説明する。ＳＬＯ装置１００は、網膜１２７からの戻り光１０８の強度から構成される平面画像（ＳＬＯ像）を取得することができる。網膜１２７にて反射や散乱されたレーザ光である戻り光１０８は、球面ミラー１６０−１〜３，６〜９、反射型光変調素子１５９、光カプラー１３１等を介してディテクター１３８に入射され、光の強度が電圧に変換される。ディテクター１３８で得られた電圧信号は、パソコン１２５内のＡＤボード１７６にてデジタル値に変換され、パソコン１２５にてＸＹスキャナ１１９の動作や駆動周波数と同期したデータ処理が行われ、平面画像が形成される。ここで、ＡＤボード１７６の取り込み速度は１５ＭＨｚである。また、ビームスプリッタ１５８にて分割される戻り光１０８の一部は、波面センサ１５５に入射され、戻り光１０８の収差が測定される。波面センサ１５５はシャックハルトマン方式の波面センサである。得られた収差はＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いて表現され、これは被検眼１０７の収差を示している。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、チルト（傾き）の項、デフォーカス（ｄｅｆｏｃｕｓ）の項、アスティグマ（非点収差）の項、コマの項、トリフォイルの項等からなる。

つぎに、平面画像（ＳＬＯ像）の取得方法について説明する。ＳＬＯ装置１００は、ＸＹスキャナ１１９を制御し、ディテクター１３８で戻り光１０８の強度を取得することで、網膜１２７の平面画像を取得することができる。測定光１０６は角膜１２６を通して、網膜１２７に入射すると様々な位置における反射や散乱により戻り光１０８となり、ディテクター１３８に到達する。さらに、ＸＹスキャナ１０９をＸ方向に駆動しながら、戻り光１０８の強度を検知すれば、各Ｘ軸の位置毎の情報を得ることができる。さらに、ＸＹスキャナ１０９のＸ軸とＹ軸とを同時に駆動し、網膜１２７のある撮像範囲に対して、測定光１０６をラスタースキャンしながら戻り光１０８の強度を検知すれば、戻り光１０８の強度の２次元分布（平面画像）が得られる。

本発明の眼科装置の実施例２として、ＳＬＯ装置とＯＣＴ装置との複合装置について説明する。本実施例では、被検眼の光学収差を、反射型光変調素子を用いて補正し、平面画像を取得するＳＬＯ装置と、断層画像を取得するフーリエドメイン方式のＯＣＴ装置とが複合されている。

先ず、図７を用いて、本実施例における複合装置１０９の概略構成について、具体的に説明する。図７には図１の実施例１と同じ構成には同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。光源１０１から出射した光は光カプラー１３１によって参光１０５と測定光１０６とに分割される。測定光１０６は、シングルモードファイバー１３０−４、反射型光変調素子１５９、ＸＹスキャナ１１９、Ｘスキャナ１２１、球面ミラー１６０−１〜９等を介して、観察対象である被検眼１０７に導かれる。被検眼１０７によって反射あるいは散乱された戻り光１０８となり、ディテクター１３８あるいはラインカメラ１３９に入射される。ディテクター１３８は戻り光１０８の光強度を電圧に変換し、その信号を用いて、被検眼１０７の平面画像が構成される。また、ラインカメラ１３９には参照光１０５と戻り光１０８とが合波（干渉）されて入射され、被検眼１０７の断層画像が構成される。光源１０１に関しては、実施例１と同様のため説明を省略する。低コヒーレント光源であるＳＬＤは断層画像の撮像にも適する。

反射型光変調素子１５９はミラー形状を変形させることにより有効径内に光軸方向の光路長差を生じさせる、図２乃至図６に示されたアクチュエータ構造を有する反射型光変調素子を用いる。本実施例の反射型光変調素子は図２と同様に個々のアクチュエータ２０２で発生した駆動力を、それぞれの作用部２１０を介してミラー部２０３に作用し、ミラー部２０３を変位させる。本実施例は図３（ｅ）に示すアクチュエータ配置を有し、アクチュエータの数は８０個である。中心部のアクチュエータは４つのアクチュエータと隣接し、正方格子を形成する。反射型光変調素子の有効径は７ｍｍ、隣接するアクチュエータ間の間隔は８２０μｍ、最大変位量は８μｍである。

つぎに、参照光１０５の光路について説明する。光カプラー１３１にて分割された参照光１０５はシングルモードファイバー１３０−２を通して、レンズ１３５−１に導かれ、ビーム径７ｍｍの平行光になるよう、調整される。次に、参照光１０５は、ミラー１５７−１〜４によって、参照ミラーであるミラー１１４に導かれる。参照光１０５の光路長は、測定光１０６の光路長と略同一に調整されているため、参照光１０５と測定光１０６とを干渉させることができる。次に、ミラー１１４にて反射され、再び光カプラー１３１に導かれる。ここで、参照光１０５が通過した分散補償用ガラス１１５は被検眼１０７に測定光１０６が往復した時の光学的な分散の影響を、参照光１０５に対して補償するものである。

ここでは、日本人の平均的な眼球の直径として代表的な値を想定し、Ｌ１＝２３ｍｍとする。さらに、１１７−１は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、参照光１０５の光路長を、調整・制御することができる。

また、電動ステージ１１７−１はパソコン１２５からドライバ部１８１内の電動ステージ駆動ドライバ１８３を介して制御される。

つぎに、測定光１０６の光路について説明する。尚、本実施例の光学系は等倍光学系で構成されている。光カプラー１３１によって分割された測定光１０６はシングルモードファイバー１３０−４を介して、レンズ１３５−４に導かれ、ビーム径７ｍｍの平行光になるよう調整される。また、偏光コントローラ１５３−１又は２は、測定光１０６の偏光状態を調整することができる。ここでは、測定光１０６の偏光状態は紙面に平行な方向の直線偏光に調整されている。測定光１０６は、ビームスプリッタ１５８、可動式ビームスプリッタ１６１を通過し、球面ミラー１６０−１、１６０−２を介し、反射型光変調素子１５９にて入射・変調される。さらに、測定光１０６は偏光板１７３を通過し、球面ミラー１６０−３、１６０−４を介し、Ｘスキャナ１２１のミラーに入射される。ここで、偏光板１７３は戻り光１０８のうち紙面に平行な方向の直線偏光のみを反射型光変調素子１５９に導く役割がある。また、ここで、Ｘスキャナ１２１は測定光１０６を紙面に平行な方向に走査するＸスキャナであり、ここでは共振型スキャナを用いている。駆動周波数は約７．９ｋＨｚである。さらに、測定光１０６は球面ミラー１６０−５〜６を介し、ＸＹスキャナ１１９のミラーに入射される。ここで、ＸＹスキャナ１１９は一つのミラーとして記したが、実際にはＸスキャン用ミラーとＹスキャン用ミラーとの２枚のミラーが近接して配置されるものである。また、測定光１０６の中心はＸＹスキャナ１１９のミラーの回転中心と一致するように調整されている。ＸＹスキャナ１１９の駆動周波数は５００Ｈｚ以下の範囲で可変できる。球面ミラー１６０−７〜９は網膜１２７を走査するための光学系であり、測定光１０６を角膜１２６の付近を支点として、網膜１２７をスキャンする役割がある。また、１１７−２は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、付随する球面ミラーである球面ミラー１６０−８の位置を、調整・制御することができる。電動ステージ１１７−２は電動ステージ１１７−１と同様に、電動ステージ駆動ドライバ１８３によって制御される。球面ミラー１６０−８の位置を調整することで、被検眼１０７の網膜１２７の所定の層に測定光１０６を合焦し、観察することが可能になる。初期状態では、測定光１０６は平行光の状態で、角膜１２６に入射するように、球面ミラー１６０−８の位置が調整されている。また、被検眼１０７が屈折異常を有している場合にも対応できる。測定光１０６は被検眼１０７に入射すると、網膜１２７からの反射や散乱により戻り光１０８となり、再び光カプラー１３１に導かれ、ラインカメラ１３９に到達する。また、戻り光１０８の一部は可動式ビームスプリッタ１６１で反射され、レンズ１３５−５を介して、ディテクター１３８に導かれる。ここで、１７２はピンホールを有する遮光板であり、戻り光１０８の内、網膜１２７に合焦していない不要な光を遮断する役割がある。また、遮光板１７２はレンズ１３５−５の合焦位置に共役に配置される。また、遮光板１７２のピンホールの直径は例えば５０μｍである。ディテクター１３８は例えば高速・高感度な光センサであるＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。また、ビームスプリッタ１５８にて分割される戻り光１０８の一部は、波面センサ１５５に入射される。波面センサ１５５はシャックハルトマン方式の波面センサである。ここで、ＸＹスキャナ１１９、Ｘスキャナ１２１、角膜１２６、波面センサ１５５、反射型光変調素子１５９は光学的に共役になるよう、球面ミラー１６０−１〜９が配置されている。そのため、波面センサ１５５は被検眼１０７の収差を測定することが可能になっている。また、反射型光変調素子１５９は被検眼１０７の収差を補正することが可能になっている。さらに、得られた収差に基づいて、反射型光変調素子１５９の反射ミラーの変位量をリアルタイムに制御することで、被検眼１０７で発生する収差を補正し、より横方向分解能の高い断層画像の取得を可能にしている。

つぎに、測定系の構成について説明する。複合装置１０９は、断層画像（ＯＣＴ像）及び平面画像（ＳＬＯ像）を取得することができる。

まず、断層画像の測定系について説明する。戻り光１０８は光カプラー１３１によって参照光１０５と合波（干渉）される。合波（干渉）された光１４２は、シングルモードファイバー１３０−３、レンズ１３５−２を介して、透過型グレーティング１４１に導かれ、波長毎に分光され、レンズ１３５−３を介してラインカメラ１３９に入射される。ラインカメラ１３９は位置（波長）毎に光強度を電圧に変換し、その電圧信号はフレームグラバー１４０にてデジタル値に変換されて、パソコン１２５にて、被検眼１０７の断層画像が構成される。ここでは、ラインカメラ１３９は１０２４画素を有し、合波（干渉）された光１４２の波長毎（１０２４分割）の強度を得ることができる。

つぎに、平面画像の測定系について説明する。戻り光１０８の一部は、可動式ビームスプリッタ１６１で反射される。反射された光は遮光板１７２によって不要な光が遮断された後、ディテクター１３８に到達し、光の強度が電気信号に変換される。得られた電気信号に対して、パソコン１２５にてＸスキャナ１２１とＸＹスキャナ１１９との走査信号と同期したデータ処理が行われ、平面画像が形成される。ビームスプリッタ１５８にて分割される戻り光１０８の一部は、波面センサ１５５に入射され、戻り光１０８の収差が測定される。波面センサ１５５にて得られた画像信号は、パソコン１２５に取り込まれ、収差が算出される。得られた収差はＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いて表現され、これは被検眼１０７の収差を示している。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は、チルト（傾き）の項、デフォーカス（ｄｅｆｏｃｕｓ）の項、アスティグマ（非点収差）の項、コマの項、トリフォイルの項等からなる。

つぎに、複合装置１０９を用いた断層画像（ＯＣＴ像）の取得方法について説明する。

複合装置１０９は、ＸＹスキャナ１１９を制御し、Ｘスキャナ１２１を固定ミラーとして用いて、ラインカメラ１３９で干渉縞を取得することで、網膜１２７の断層画像を取得することができる。戻り光１０８がディテクター１３８に導光されないように可動式ビームスプリッタ１６１を制御する。また、Ｘスキャナ１２１、ＸＹスキャナ１１９は、パソコン１２５からドライバ部１８１内の光スキャナ駆動ドライバ１８２を介して制御される。ここでは、網膜１２７の断層画像（光軸に平行な面）の取得方法について説明する。

測定光１０６は角膜１２６を通して、網膜１２７に入射すると様々な位置における反射や散乱により戻り光１０８となり、それぞれの位置での時間遅延を伴って、ラインカメラ１３９に到達する。ここでは、光源１０１のバンド幅が広く、コヒーレンス長が短いために、参照光路の光路長と測定光路の光路長とが略等しい場合に、ラインカメラ１３９にて、干渉縞が検出できる。上述のように、ラインカメラ１３９で取得されるのは波長軸上のスペクトル領域の干渉縞となる。次に、波長軸上の情報である干渉縞を、ラインカメラ１３９と透過型グレーティング１４１との特性を考慮して、光周波数軸の干渉縞に変換する。さらに、変換された光周波数軸の干渉縞を逆フーリエ変換することで、深さ方向の情報が得られる。さらに、ＸＹスキャナ１１９を駆動しながら、干渉縞を検知すれば、各Ｘ軸の位置毎に干渉縞が得られ、つまり、各Ｘ軸の位置毎の深さ方向の情報を得ることができる。

結果として、ＸＺ面での戻り光１０８の強度の２次元分布（断層画像）を得ることができる。

つぎに、複合装置１０９を用いた平面画像（ＳＬＯ像）の取得方法について説明する。

複合装置１０９は、ＸＹスキャナ１１９のＹ軸方向のみとＸスキャナ１２１とを動作・制御し、ＸＹスキャナ１１９のＸ軸方向を固定し、ディテクター１３８で戻り光１０８の強度を取得することで、網膜１２７の平面画像を取得することができる。この際、参照光１０５の戻り光が光カプラー１３１に戻らないように光路を、不図示の遮蔽部材の光路中への挿入により遮蔽する。Ｘスキャナ１２１とＸＹスキャナ１１９は、パソコン１２５からドライバ部１８１内の光スキャナ駆動ドライバ１８２を介して制御される。また、複合装置１０９は、波面センサ１５５で測定した被検眼１０７の収差を用いて反射型光変調素子１５９を制御し、被検眼１０７等にて生じる収差を補正しながら平面画像を取得することができる。また、反射型光変調素子１５９をリアルタイムに制御しながら平面画像を取得することができる。具体的な平面画像の取得方法に関しては、実施例１と同様のため説明を省略する。

１００ ＳＬＯ装置
１０１ 光源
１０５ 参照光
１０６ 測定光
１０７ 被検眼
１０８ 戻り光
１５５ 波面センサ
１５９ 反射型光変調素子
２０２ アクチュエータ
２０３ ミラー部
２１０ 作用部
６０１ 可動櫛歯電極
６０２ 固定櫛歯電極
６０３ 可動部
６０５ 支持部

Claims (11)

1. 被検眼の画像を取得する眼科装置であって、
   測定光および戻り光の少なくとも一方を変調する反射型光変調素子と、前記戻り光の波面収差を測定する収差測定手段と、前記収差測定手段の測定結果に基づいて前記反射型光変調素子を制御して前記戻り光の波面収差を補正する制御手段とを有し、前記反射型光変調素子は、有効径が７．５ｍｍ以下である反射ミラーと、前記有効径内で前記反射ミラーに作用する６１個以上の、最大変位が７．５μｍ以上のアクチュエータを有すると共に、
   前記反射型光変調素子は、前記反射ミラーに接続する可動部と、前記可動部によって支持されて前記反射ミラーの反射面に対して略平行な方向に延出する可動櫛歯電極と、前記可動部を支持する支持部と、前記支持部によって支持されて前記反射ミラーの反射面に対して略平行な方向に延出し、かつ、前記可動櫛歯電極と交互に配置される固定櫛歯電極と、前記可動櫛歯電極および前記固定櫛歯電極に電圧を印加して、前記可動櫛歯電極および前記可動部を前記反射ミラーの反射面の法線方向に変位させる電圧制御手段と、を有し、前記反射ミラーの反射面の法線方向において前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極とが重なり合わない部分を有することを特徴とする眼科装置。
2. 前記可動櫛歯電極は、前記可動部によって片持ち梁状に支持されることにより、前記反射ミラーの反射面に対して略平行な方向に延出し、前記固定櫛歯電極は、前記支持部によって片持ち梁状に支持されることにより、前記反射ミラーの反射面に対して略平行な方向に延出している請求項１に記載の眼科装置。
3. 前記反射ミラーは有効径内で連続した反射面を構成していることを特徴とする請求項１に記載の眼科装置。
4. 更に、８５０ｎｍ帯以下の波長のレーザ光を出射する光源を有することを特徴とする請求項１に記載の眼科装置。
5. 前記収差測定手段は、シャックハルトマン方式の波面センサであることを特徴とする請求項１に記載の眼科装置。
6. 前記光源から出射されたレーザ光を測定光として被検眼に導く光学系を有し、前記光学系は等倍の望遠鏡光学系を繋ぎ合せて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の眼科装置。
7. 前記望遠鏡光学系は、前記被検眼からの戻り光を前記波面センサに導く光学系と共有されていることを特徴とする請求項６に記載の眼科装置。
8. 前記被検眼の角膜と前記波面センサと前記反射型光変調素子は光学的に共役の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の眼科装置。
9. 前記反射型光変調素子の前記アクチュエータが８０個以上であることを特徴とする請求項１に記載の眼科装置。
10. 前記眼科装置が、走査レーザ検眼鏡装置であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の眼科装置。
11. 前記眼科装置が、光干渉断層装置と走査レーザ検眼鏡装置の複合装置であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の眼科装置。

Images