JP6790479B2 - 眼球の光計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼球の光計測装置に関する。

特許文献１には、レーザー光を投光する手段と、投光部と同軸上に配置された受光部と、この光軸と所定の距離離れて光軸に平行に配置された鏡とからなり、この鏡がそのほぼ中央に立てた垂線が投光部と受光部を結ぶ直線とそのほぼ中央で交わる向きに配置される事を特徴とする、眼球の所定の部分に光を通す為に使用される眼球測定位置決め用具が記載されている。

特開２００２−５７０号公報

ところで、被計測者の眼球の前眼房を横切るように光を出射し、前眼房を横切って眼球外に出てきた光を受光することで前眼房内の眼房水に関する光計測を行う場合、眼球の前眼房の近傍に出射手段（光出射手段）及び受光手段を位置決めする必要がある。
しかしながら、眼球の前眼房は非常に微小な領域であるとともに、眼球周辺の顔の形状が個人個人により異なるため、出射手段及び受光手段を眼球の前眼房を挟む位置に配置しづらかった。そこで、目尻側又は目頭側に、ミラーなどの反射部材により光路を折り曲げることが考えられる。
この場合であっても、出射手段と被計測者の眼球との相対的な位置関係や、被計測者の角膜形状などの経時変動により、光路がずれて、瞼や強膜による光遮断が生じたり、角膜による屈折角変化によって網膜に到達したりして、光が前眼房を通過しなくなって、測定が困難になる場合があった。

そこで、本発明では、光反射手段への光の入射位置を切り替える切替手段を備えない場合に比べて、前眼房を横切る光路の確保が容易な眼球の光計測装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、光を、眼球の前眼房を横切る方向に反射させる光反射手段と、前記光が前記前眼房の中央部を横切る状態から移動した場合に、当該光が当該前眼房の中央部を横切る状態になるように、前記光反射手段によって反射された当該光の方向を前記眼球の前後方向および上下方向の少なくとも一方向に平行移動するように当該光反射手段への当該光の入射位置を切り替える切替手段とを備える眼球の光計測装置である。
請求項２に記載の発明は、前記光反射手段は、前記光の入射角が予め定められた角度に設定され、前記切替手段は、前記光を反射させる反射部材と、前記反射部材の前記光に対する反射角を変更する角度変更手段と、前記反射部材が反射した前記光を通過させて前記光反射手段に出射するテレセントリック光学系と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の眼球の光計測装置である。
請求項３に記載の発明は、前記光を予め定められた偏光にする偏光制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の眼球の光計測装置である。
請求項４に記載の発明は、前記偏光制御手段は、前記切替手段における前記テレセントリック光学系と前記光反射手段との間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の眼球の光計測装置である。
請求項５に記載の発明は、前記切替手段において、前記反射部材は、前記光に対する反射角が反射面における一の方向及び当該一の方向に直交する方向において変更しうることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の眼球の光計測装置である。
請求項６に記載の発明は、前記光反射手段は、前記光の入射角が予め定められた角度に設定され、前記切替手段は、前記光を反射させる反射部材と、前記反射部材を前記光の進行する前後方向に移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の眼球の光計測装置である。
請求項７に記載の発明は、前記光を予め定められた偏光にする偏光制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の眼球の光計測装置である。
請求項８に記載の発明は、前記眼球の前眼房の周囲を液体に浸漬する容器を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の眼球の光計測装置である。
請求項９に記載の発明は、前記光反射手段が、前記眼球の表面に接触して用いられる装着部材に設けられている請求項２乃至７のいずれか１項に記載の眼球の光計測装置である。

請求項１の発明によれば、光反射手段への光の入射位置を切り替える切替手段を備えない場合に比べて、前眼房を横切る光路が容易に確保できる。
請求項２の発明によれば、切替手段がテレセントリック光学系を備えない場合に比べ、光反射手段の入射角を変更することを要しない。
請求項３の発明によれば、偏光制御手段を備えない場合に比べ、高感度な計測ができる。
請求項４の発明によれば、偏光制御手段をテレセントリック光学系と光反射手段との間に配置しない場合に比べ、光反射手段に入射する光の偏光状態が変化することが抑制される。
請求項５の発明によれば、反射部材の反射面が一の方向及び当該一の方向に直交する方向において変更しえない場合に比べ、前眼房を横切る光路がより容易に確保できる。
請求項６の発明によれば、反射部材を移動させる移動手段を備えない場合に比べ、前眼房を横切る光路がより容易に確保できる。
請求項７の発明によれば、偏光制御手段を備えない場合に比べ、高感度な計測ができる。
請求項８の発明によれば、眼球の前眼房の周囲を液体に浸漬した状態において、前眼房を横切る光路の設定ができる。
請求項９の発明によれば、反射手段が装着部材に設けられていない場合に比べ、前眼房を横切る光路の設定が容易にできる。

第１の実施の形態が適用される眼球の光計測装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は、眼球を上側から見た図、（ｂ）は、眼球を正面から見た図である。 第２の実施の形態が適用される眼球の光計測装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は、眼球を上側から見た図、（ｂ）は、眼球を正面から見た図である。 第３の実施の形態が適用される眼球の光計測装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は、眼球を上側から見た図、（ｂ）は、眼球を正面から見た図である。 光計測装置によって、前眼房における眼房水に含まれる光学活性物質による振動面の回転角（旋光度）を計測する方法を説明する図である。 第４の実施の形態が適用される眼球の光計測装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は、眼球を上側から見た図、（ｂ）は、眼球を正面から見た図である。 第５の実施の形態が適用される眼球の光計測装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は、眼球を上側から見た図、（ｂ）は、眼球を正面から見た図である。 第６の実施の形態が適用される眼球の光計測装置の構成の一例を示す図である。（ａ）は、眼球を上側から見た図、（ｂ）は、眼球を正面から見た図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、添付図面では、眼球と光路との関係を明らかにするため、眼球を他の部材（後述する光学系など）より大きく記載したり、眼球を他の部材（後述する光学系など）より小さく記載したりしている。

（眼房水のグルコース濃度を測定する背景）
まず、眼房水のグルコース濃度を測定する背景について説明する。
インスリン治療を必要とする１型糖尿病患者、２型糖尿病患者（被計測者）には、自己血糖測定が推奨されている。自己血糖測定では、血糖コントロールを精緻に行うために、家庭などにおいて被計測者自身で自己の血糖値を測定する。
現在流通している自己血糖測定器は、指先などを注射針で穿刺し、微量の血液を採取して、血液中のグルコース濃度を測定する。自己血糖測定は、毎食後や就寝前等での測定が推奨されることが多く、一日に１回から数回行うことが求められる。特に、強化インスリン治療では、さらに多数回の測定が必要とされている。
このため、穿刺式の自己血糖測定器を用いた侵襲式の血糖値測定法は、血液を採取する時（採血時）の痛みによる苦痛から、被計測者の自己血糖測定に対するインセンティブ低下を招きやすい。このため、効率的な糖尿病治療が困難となる場合がある。

そこで、穿刺などの侵襲式の血糖値測定法に代わる、穿刺を必要としない非侵襲式の血糖値測定法の開発が進められている。
非侵襲式の血糖値測定法として、近赤外分光法、光音響分光法、旋光性を利用する方法などが検討されている。なお、これらの方法では、グルコース濃度から血糖値を推測する。
近赤外分光法や光音響分光法は、指の血管内の血液における光吸収スペクトルや音響振動を検出する。しかし、血液中には赤血球、白血球などの細胞物質が存在する。このため、光散乱の影響を大きく受ける。さらに、血管内の血液の他に周囲の組織の影響も受ける。よって、これらの方法は、タンパク質、アミノ酸等、莫大な数の物質が関与する信号からグルコース濃度に関する信号を検出することを必要とし、信号の分離が難しい。

一方、前眼房における眼房水は、血清とほぼ同じ成分であって、タンパク質、グルコース、アスコルビン酸等を含んでいる。しかし、眼房水は、血液と異なり、赤血球、白血球などの細胞物質を含まず、光散乱の影響が小さい。よって、眼房水は、グルコース濃度の光学的な測定に適している。

よって、この眼房水から、グルコースを含む光学活性物質の濃度を光学的に計測しうる。
また、眼房水に含まれるタンパク質、グルコース、アスコルビン酸等は光学活性物質であって、旋光性を有している。そこで、旋光性を利用してグルコースを含む光学活性物質の濃度を光学的に計測しうる。
なお、眼房水は、グルコースを輸送するための組織液であることから、眼房水のグルコース濃度は、血液中のグルコース濃度と相関すると考えられている。そして、ウサギを用いた測定において、血液から眼房水へのグルコースの輸送にかかる時間（輸送遅延時間）は、１０分以内であると報告されている。
以上説明したように、眼房水のグルコース濃度を計測すると、血液中のグルコース濃度が求められる。

さて、眼房水に含まれるグルコースなどの光学活性物質の濃度を光学的に計測する手法において、設定されうる光路は以下の２つである。
１つは、眼球に対して垂直に近い角度、すなわち前後方向に沿って光を入射させ、角膜と眼房水との界面又は眼房水と水晶体との界面で光を反射させ、反射した光を受光（検出）する光路である。もう１つは、眼球に対して平行に近い角度で光を入射させ、前眼房を横切るように通過した光を受光（検出）する光路である。

前者のように、眼球に対して垂直に近い角度で光を入射させる光路は、網膜に光が達するおそれがある。特に、光源に、コヒーレント性が高いレーザを用いる場合、網膜に光が達するおそれがある。

これに対し、後者のように、眼球に対して平行に近い角度で光を入射させ、前眼房を横切るように通過させる光路では、光が網膜に達することが抑制される。
そして、光学活性物質の濃度や旋光性は、光路長に依存し、光路長が長いほど旋光度が大きい。よって、前眼房を横切るように光を通過させることで、光路長が長く設定されてよい。

以上のことから、ここでは、前眼房を横切るように光を通過させる光路を採用している。

［第１の実施の形態］
＜光計測装置１＞
図１は、第１の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、眼球１０を上側から見た図（上下方向における断面図）、図１（ｂ）は、眼球１０を正面から見た図である。なお、図１に示す眼球１０は左目であるとする。図１（ａ）、（ｂ）には、顔の内側（鼻側）と外側（耳側）とを示す内外方向、顔の前側と後側と示す前後方向、顔の上側と下側とを示す上下方向を矢印などで示している。

この眼球の光計測装置１（以下では、光計測装置１と表記する。）は、被計測者（被験者）の眼球（被検眼）１０の前眼房１３（後述）内の眼房水の特性の計測に用いる光学系２０、光学系２０から得られる信号を処理する信号処理部３０及び光学系２０を制御する制御部４０を備えている。

なお、第１の実施の形態が適用される光計測装置１は、眼房水を透過した透過光の光強度から、眼房水に含まれる光学活性物質の濃度を計測する。

まず、眼球１０の構造について説明をする。
図１（ａ）に示すように、眼球１０は、外形がほぼ球形であって、中央にガラス体１１がある。なお、図１（ａ）では、後側の半分の記載を省略している。そして、レンズの役割をする水晶体１２が、ガラス体１１の一部に埋め込まれている。水晶体１２の前側には、前眼房１３があり、その前側に角膜１４がある。前眼房１３及び角膜１４は、球形から凸状に飛び出している。
水晶体１２の周辺部は虹彩１７に囲まれ、その中心が瞳孔１５である。水晶体１２に接する部分を除いて、ガラス体１１は、網膜１６で覆われている。そして、網膜１６は、強膜１８で覆われている。すなわち、眼球１０の外側は、角膜１４及び強膜１８で覆われている。

前眼房１３は、角膜１４と水晶体１２とで囲まれた領域である。この前眼房１３は、正面から見た形状が円形である（図１（ｂ）参照）。そして、前眼房１３は、眼房水で満たされている。

また、図１（ｂ）に示すように、眼球１０の表面は、上瞼１９ａと下瞼１９ｂとで覆われるようになっている。

次に、光学系２０について説明する。
図１（ａ）に示すように、光学系２０は、眼球１０の前眼房１３に向けて光を出射する発光系２０Ａと、前眼房１３を通過した光を受光する受光系２０Ｂとを備える。

まず、発光系２０Ａは、光源部２１、コリメータレンズ２２、偏向部２３、光反射手段の一例としてのミラー２７を備えている。
光源部２１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やランプのような波長幅が広い光源であってもよく、レーザのような波長幅が狭い光源であってもよい。また、光源部２１は、ＬＥＤ、ランプ又はレーザを複数備えていてもよい。なお、複数の波長を使用してもよい。

コリメータレンズ２２は、光源部２１から出射する広がりをもった光を径が細い平行光（平行光線）にする。角膜１４と水晶体１２とで囲まれた前眼房１３は、小さな領域であるので、前眼房１３を透過する光は、径が小さいほどよい。
なお、光源部２１が出射した光の径が小さければ、コリメータレンズ２２を用いることを要しない。

偏向部２３は、光の進む方向を偏向させる部材であって、例えば、ミラー２３１及びミラー２３１の反射面の傾きを変更する駆動装置２３２を備える。このミラー２３１は、ガリバノミラーやポリゴンミラーであってもよい。ガリバノミラーは、反射面に設けられた軸の回りに反射面を回転させることで、反射面の傾きが変化するものである。ポリゴンミラーは、多面体のミラーを回転させることで、反射面の傾きが変化するものである。ガリバノミラーやポリゴンミラーは、反射面が一の方向（一次元方向）において傾くことから、光を一次元方向に偏向させる。
さらに、ミラー２３１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成されたミラーであってもよい。反射面が点に対して傾くように構成されていれば、反射面は、一の方向及び一の方向に直交する方向において傾くことになる。よって、反射面が二次元方向において傾くことから、光を二次元方向に偏向させる。
なお、これらのミラー２３１の傾きは、駆動装置２３２によって制御される。ミラー２３１がガリバノミラーやポリゴンミラーである場合には、駆動装置２３２は、例えば、モータ及びモータを制御する回路である。また、ミラー２３１がＭＥＭＳで構成されていれば、駆動装置２３２は、ミラー２７と一体で構成され、静電気力でミラー２７の傾きを制御する複数の電極に電位を供給する駆動回路である。
ミラー２３１は、反射部材の一例であり、駆動装置２３２は、角度変更手段の一例である。

ミラー２７は、偏向部２３で偏向された光が前眼房１３を横切るように反射させる。第１の実施の形態においては、ミラー２７は、偏向部２３と同様に、駆動装置２８に接続されている。ミラー２７は、ガリバノミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳで構成されたミラーなどである。そして、ミラー２７は、駆動装置２８によって、傾きが変更されて、入射した光に対する反射角を変更する。
ここで、偏向部２３及び駆動装置２８が、切替手段の一例である。

受光系２０Ｂは、検出部２９を備える。ここでは、検出部２９は、例えば、シリコンダイオードなどの受光素子である。検出部２９は、前眼房１３を通過した光の強度を電気信号に変換する。

信号処理部３０は、検出部２９から電気信号を受信して処理し、眼房水に含まれる光学活性物質の濃度を算出する。
制御部４０は、前述したように、光学系２０及び信号処理部３０を制御する。

次に眼球１０と光学系２０との関係を説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、光学系２０は、眼球１０に対して、発光系２０Ａから出射した光が、光路αと表記した光路を通って受光系２０Ｂに入射するように設定される。すなわち、光路αは、図１（ａ）に示すように、眼球１０を上下方向の断面図でみた場合において、前眼房１３の中央部を通過する。そして、図１（ｂ）に示すように、光路αは、眼球１０を正面から見た場合においても、前眼房１３の中央部を通過する。
光路αは、前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路である。
なお、図１（ａ）に示す光路βは、眼球１０に対して前側過ぎて、角膜１４表面で反射される光路であって、前眼房１３の眼房水を通過しない。また、光路γは、眼球１０に対して後側過ぎて、虹彩１７や強膜１８によって遮断される光路であって、前眼房１３の眼房水を通過しない。

また、図１（ｂ）に示す光路δは、眼球１０に対して上側過ぎて、前眼房１３の眼房水の通過する長さが短い光路である。さらに、光路が、眼球１０に対して光路δよりさらに上側過ぎると、上瞼１９ａにより遮断される光路となって、前眼房１３の眼房水を通過しない。
光路εは、眼球１０に対して下側過ぎて、前眼房１３の眼房水の通過する長さが短い光路である。さらに、光路が、眼球１０に対して光路εよりさらに下側過ぎると、下瞼１９ｂにより遮断される光路となって、前眼房１３の眼房水を通過しない。

なお、光路α、β、γ、δ、εは、眼球１０の前眼房１３に対する光路の状態及び位置を説明する用語であるとする。

しかし、眼球１０と光学系２０との相対的な位置関係や、角膜１４の形状などの経時変動により、光路がずれて光路αの状態が維持できないことがある。なお、眼球１０が光学系２０に対して移動してもよく、光学系２０が眼球１０に対して移動してもよい。以下では、便宜的に、眼球１０が光学系２０に対して移動するとして説明する。

そして、眼球１０に対して、光路αの状態であった光路が、光路βや光路γの状態になったり、光路δや光路εの状態になったりした場合、つまり、光路がわずかにずれた場合には、光路をずらしたり（移動したり）又は切り替えたりすれば、光路を光路αの状態に戻しうる。すなわち、眼球１０に対して光学系２０を設定し直すことを要しない。

例えば、図１（ａ）において、光路αの状態にあった光路が、眼球１０が後側に移動したために、光路βの状態となったとする。この場合、光路γの位置に新たな光路を設定すればよい。そこで、制御部４０の制御に基づいて、偏向部２３は、ミラー２７への入射位置を切り替えて、光路γの位置に光路を設定する。すなわち、光路を光路αの位置から光路γの位置に設定するように、ミラー２７への光の入射位置を切り替えることで、光路γの位置が前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路αの状態に再設定される。

同様に、光路αの状態であった光路が、眼球１０が前側に移動したために、光路γの状態となったとする。この場合、光路βの位置に新たな光路を設定すればよい。そこで、制御部４０の制御に基づいて、偏向部２３は、ミラー２７への入射位置を切り替えて、光路βの位置に光路を設定する。すなわち、光路を光路αの位置から光路βの位置に設定するように、ミラー２７への光の入射位置を切り替えることで、光路βの位置が前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路αの状態に再設定される。

さらに、図１（ｂ）において、光路αの状態であった光路が、眼球１０が上側に移動したために、光路εの状態となったとする。この場合、光路δの位置に新たな光路を設定すればよい。そこで、制御部４０の制御に基づいて、偏向部２３は、ミラー２７への入射位置を切り替えて、光路δの位置に光路を設定する。すなわち、光路を光路αの位置から光路δの位置に設定するように、ミラー２７への光の入射位置を切り替えることで、光路δの位置が前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路αの状態に再設定される。

同様に、光路αの状態であった光路が、眼球１０が下側に移動したために、光路δの状態となったとする。この場合、光路εの位置に新たな光路を設定すればよい。そこで、制御部４０の制御に基づいて、偏向部２３は、ミラー２７への入射位置を切り替えて、光路εの位置に光路を設定する。すなわち、光路を光路αの位置から光路εの位置に設定するように、ミラー２７への光の入射位置を切り替えることで、光路εの位置が前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路αの状態に再設定される。

これらにおいては、偏向部２３のミラー２３１及びミラー２７の傾き（光の入射角）を変更して、光の入射角を変更する。
なお、図１（ａ）、（ｂ）では、光路を平行移動させている。これは、光学系２０における発光系２０Ａと受光系２０Ｂとの相対的な位置関係が保たれるからである。必ずしも光路は、平行移動でなくてもよい。
また、ミラー２３１又はミラー２７は、平面ミラーとしたが、凹面ミラー、凸面ミラー、球面ミラー、放物面ミラーなどであってもよい。

以上説明したように、第１の実施の形態の光計測装置１では、眼球１０と光学系２０との相対的な位置関係や、角膜１４の形状等の経時変動などにより、光路αの状態にあった光路がずれても、ミラー２７への光の入射位置を切り替えることで、光路が前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路αの状態に再設定される。すなわち、光路が前眼房１３を横切るように設定される。
なお、光路が光路αの状態からずれたことは、検出部２９からの信号を受信する信号処理部３０により容易に検知しうる。よって、制御部４０は、信号処理部３０からの信号により、偏向部２３のミラー２３１及びミラー２７傾き（光の入射角）を制御すればよい。

なお、偏向部２３のミラー２３１及びミラー２７は、内外方向において入射角が変更されるとともに、上下方向においても入射角が変更されるとよい。内外方向において入射角が変更される場合には、前後方向（光路α、β、γの間）における一次元方向でのミラー２７への光の入射位置の切り替えとなる。また、上下方向において入射角が変更される場合には、上下方向（光路α、δ、εの間）における一次元方向でのミラー２７への光の入射位置の切り替えとなる。前後方向及び上下方向において入射角が変更される場合には、前後方向（光路α、β、γの間）及び上下方向（光路α、δ、εの間）における二次元方向でのミラー２７への光の入射位置の切り替えとなる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、偏向部２３のミラー２３１に加え、ミラー２７において、光の入射角を変更した。
第２の実施の形態では、ミラー２７への光の入射角を固定する。

図２は、第２の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、眼球１０を上側から見た図（上下方向における断面図）、図２（ｂ）は、眼球１０を正面から見た図である。第１の実施の形態が適用される光計測装置１と同様の部分は、同じ符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１では、偏向部２３とミラー２７との間に、テレセントリックｆθレンズを含むテレセントリック光学系２４が設けられている。そして、ミラー２７は、第１の実施の形態で備えていた駆動装置２８を備えない。ここでは、偏向部２３及びテレセントリック光学系２４が切替手段の一例である。
テレセントリックｆθレンズは、入射した光を平らな平面に対して垂直に集光するレンズである。すなわち、図２に示すように、光は、偏向部２３のミラー２３１で反射されて、テレセントリック光学系２４に対して斜めに入射しても、テレセントリック光学系２４からは、互いに平行な関係で出射する。
よって、ミラー２７の入射角（傾き）を固定しても、ミラー２７への入射位置を切り替えることで、眼球１０へ向かう光路が、平行移動するように、互いに平行な関係で変更される。

よって、ミラー２７への入射位置を切り替えは、偏向部２３におけるミラー２３１の反射角の制御でよい。すなわち、ミラー２７への入射位置を切り替える制御が簡易になる。

また、ミラー２７は眼球１０に近接して設けられるため、第１の実施の形態が適用される光計測装置１では、ミラー２７の入射角を変更するためにミラー２７を動かす（回転させる）と、力学的な力が被計測者に加わることになってしまう。しかし、第２の実施の形態が適用される光計測装置１では、ミラー２７の入射角が固定されているので、力学的な力が被計測者に加わることが抑制される。

ミラー２７の入射角（傾き）を固定することを除いて、ミラー２７への入射位置の切り替えについては、第１の実施の形態において説明したことと同様であるので、説明を省略する。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、前眼房１３の眼房水の透過する光の強度の変化から、眼房水に含まれる光学活性物質の濃度を測定した。
第３の実施の形態では、旋光性（旋光度）を利用して、眼房水に含まれるグルコースなどの光学活性物質の濃度を計測する。

図３は、第３の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１の構成の一例を示す図である。図３（ａ）は、眼球１０を上側から見た図（上下方向における断面図）、図３（ｂ）は、眼球１０を正面から見た図である。第２の実施の形態が適用される光計測装置１（一部を除いて、第１の実施の形態が適用される光計測装置１）と同様の部分は、同じ符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態が適用される光計測装置１は、第２の実施の形態が適用される光計測装置１において、偏光制御部２５を備えている。偏光制御部２５は、偏光制御手段の一例である。
偏光制御部２５は、偏光子、波長板などを含んで構成されている。そして、光源部２１が出射する光から、予め定められた偏光（直線偏光、楕円偏光、円偏光など）を取り出す。

ミラー２７による反射において、入射面に平行な成分（Ｐ）及び垂直な成分（Ｓ）のそれぞれの反射率は、ミラー２７の屈折率及び入射角に依存する。このため、ミラー２７に偏光を入射させると、入射角により、反射光の偏光状態が変ることがある。例えば、直線偏光を入射させる場合、ある入射角では、反射光も直線偏光となることがあり、異なる入射角では、反射光が楕円偏光になることがある。
よって、ミラー２７への入射角は、固定であることがよい。

そこで、第３の実施の形態が適用される光計測装置１では、第２の実施の形態と同様に、テレセントリックｆθレンズを含むテレセントリック光学系２４を用い、ミラー２７への入射角の変化による偏光状態の変化を考慮しなくてもよいようにしている。
同様に、偏光がレンズを通過すると、偏光状態が変化する。よって、テレセントリック光学系２４におけるテレセントリックｆθレンズの後段、つまりテレセントリックｆθレンズとミラー２７との間に偏光制御部２５を設けている。
ここでも、偏向部２３及びテレセントリック光学系２４が切替手段の一例である。

そして、検出部２９は、後述するように、旋光角を検出するための、検光子などを含んでいる。

なお、ミラー２７の屈折率、入射光の偏光状態（振動面の向き及び直線偏光、楕円偏光）及び入射角が既知であれば、反射光の偏光状態は算出しうる。よって、第１の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１に、偏光制御部２５を設けて、旋光性を利用して光学活性物質の濃度を計測するようにしてもよい。

旋光性（旋光度）を用いて光学活性物質の濃度を計測することを除いて、ミラー２７への光の入射位置の切り替えについては、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において説明したことと同様であるので、説明を省略する。

（光学活性物質の濃度算出）
図４は、光計測装置１によって、前眼房１３における眼房水に含まれる光学活性物質による振動面の回転角（旋光度）を計測する方法を説明する図である。ここでは、説明を容易にするため、光路を折り曲げない構成とし、テレセントリック光学系２４、ミラー２７の記載を省略している。
なお、光学系２０における偏光制御部２５は、偏光子２５１を備えているとし、検出部２９は、補償子２９１、検光子２９２、受光素子２９３を備えているとする。
また、図４に示す光源部２１、偏光制御部２５における偏光子２５１、前眼房１３、検出部２９における補償子２９１、検光子２９２及び受光素子２９３のそれぞれの間において、光の進行方向から見た偏光の様子を円内の矢印で示している。
なお、光学系２０は、他の素子（光学部品など）を備えていてもよい。

偏光子２５１は、例えば、ニコルプリズムなどであって、入射した光から、予め定められた振動面の直線偏光を通過させる。

補償子２９１は、例えばガーネット等を用いたファラデー素子などの磁気光学素子であって、磁場によって直線偏光の振動面を回転させる。
検光子２９２は、偏光子２５１と同様の部材であって、予め定められた振動面の直線偏光を通過させる。
受光素子２９３は、シリコンダイオードなどであって、光の強度に対応した出力信号を出力する。

光源部２１は、ランダムな振動面を持つ光を出射する。そして、偏光子２５１は、予め定められた振動面の直線偏光を通過させる。図４においては、偏光子２５１は、例として、紙面に平行な振動面の直線偏光を通過させる。
偏光子２５１を通過した直線偏光は、前眼房１３における眼房水に含まれる光学活性物質により、振動面が回転する。図４では、振動面は角度α_Ｍ（旋光度α_Ｍ）回転する。

次に、前眼房１３における眼房水に含まれる光学活性物質により回転した振動面を、補償子２９１により元に戻す。補償子２９１がファラデー素子などの磁気光学素子である場合には、補償子２９１に磁界を印加することで、補償子２９１を通過する光の振動面を回転させる。
そして、検光子２９２を通過した直線偏光を受光素子２９３により受光し、光の強度に対応した出力信号に変換する。

ここで、光学系２０による旋光度α_Ｍの計測方法の一例を説明する。
まず、光源部２１を出射した光が前眼房１３を通過させない状態において、光源部２１、偏光子２５１、補償子２９１、検光子２９２、及び受光素子２９３が含まれる光学系２０を用いて、受光素子２９３からの出力信号が最小になるよう、補償子２９１及び検光子２９２を設定する。図４に示す例において、光が前眼房１３を通過させない状態では、偏光子２５１を通過した直線偏光の振動面は、検光子２９２を通過する振動面と直交する。

次に、光が前眼房１３を通過する状態とする。すると、前眼房１３における眼房水に含まれる光学活性物質によって、振動面が回転する。このため、受光素子２９３からの出力信号は、最小値から外れる。そこで、受光素子２９３からの出力信号が最小になるように、補償子２９１に磁界を印加して振動面を回転させる。すなわち、補償子２９１から出射する光の振動面を、検光子２９２を通過する振動面と直交させる。
この補償子２９１によって回転させた振動面の角度が、眼房水に含まれる光学活性物質によって発生した旋光度α_Ｍに対応する。ここで、補償子２９１に印加した磁場の大きさと回転した振動面の角度との関係は、事前に知られている。したがって、補償子２９１に印加した磁場の大きさから、旋光度α_Ｍが分かる。

具体的には、光源部２１から前眼房１３における眼房水に複数の波長λ（波長λ_１、λ_２、λ_３、…）の光を入射し、それぞれに対して旋光度α_Ｍ（旋光度α_Ｍ１、α_Ｍ２、α_Ｍ３、…）を求める。これらの波長λと旋光度α_Ｍとの組が、信号処理部３０に取り込まれ、求めたい光学活性物質の濃度が算出される。

付言すると、眼房水には、前述したように複数の光学活性物質が含まれている。よって、計測された旋光度α_Ｍは、複数の光学活性物質それぞれによる旋光度α_Ｍの和である。そこで、計測された旋光度α_Ｍから、求めたい光学活性物質（ここでは、グルコース）の濃度を算出することが必要となる。求めたい光学活性物質の濃度の算出は、公知の方法を用いればよいので、ここでは説明を省略する。

また、図４では、偏光子２５１の振動面が紙面に平行であって、検光子２９２を通過する前の振動面が紙面に垂直であるとしている。しかし、光源部２１を出射した光が前眼房１３を通過させない状態において、補償子２９１によって振動面が回転する場合には、検光子２９２を通過する前の振動面が紙面に平行な面から傾いていてもよい。すなわち、光が前眼房１３における眼房水を通過させない状態において、受光素子２９３からの出力信号が最小になるように、補償子２９１と検光子２９２とを設定すればよい。

また、ここでは旋光度α_Ｍを求める方法として補償子２９１を用いた例を述べたが、補償子２９１以外で旋光度α_Ｍを求めてもよい。さらに、ここでは振動面の回転角（旋光度α_Ｍ）を測定する最も基本的な測定法である直交偏光子法（ただし補償子２９１を使用）について示したが、回転検光子法やファラデー変調法、光学遅延変調法といった他の測定方法を適用してもよい。

［第４の実施の形態］
第３の実施の形態が適用される光計測装置１では、テレセントリック光学系２４にテレセントリックｆθレンズを用いることで、ミラー２７に入射する角度を固定にした。第４の実施の形態が適用される光計測装置１では、テレセントリック光学系２４の代わりに、偏向部２３のミラー２３１を移動させることで、光路を切り替える。
第４の実施の形態では、偏光制御部２５を設けて、旋光性（旋光度）を利用してグルコースなどの光学活性物質の濃度を計測する。なお、偏光制御部２５を設けず、濃度によりグルコースなどの光学活性物質の濃度を計測してもよい。

図５は、第４の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１の構成の一例を示す図である。図５（ａ）は、眼球１０を上側から見た図（上下方向における断面図）、図５（ｂ）は、眼球１０を正面から見た図である。第３の実施の形態が適用される光計測装置１（一部を除いて、第１の実施の形態が適用される光計測装置１）と同様の部分は、同じ符号を付して説明を省略する。

第４の実施の形態が適用される光計測装置１は、テレセントリック光学系２４の代わりに、集光レンズ２６を設けている。そして、偏向部２３は、ミラー２３１と、ミラー２３１を搭載して一方向に移動させる直動ステージ２３３とを備えている。直動ステージ２３３は、移動手段の一例である。
すなわち、直動ステージ２３３により、ミラー２３１の反射面を光路の方向（光が進行する前後方向）に移動させる。これにより、光のミラー２７への入射位置が切り替えられる。そして、光路が前眼房１３の眼房水に含まれる光学活性物質の濃度の測定に適する光路αの状態に設定される。すなわち、光路が前眼房１３を横切るように設定される。
ここでも、偏向部２３及び集光レンズ２６が切替手段の一例である。

第４の実施の形態では、光のミラー２７への入射位置は、直動ステージ２３３の移動方向に限定される。すなわち、光のミラー２７への入射位置の切り替えは、一次元方向において行われる。例えば、図５（ａ）では、光路は、顔の前後方向の移動に限定される。
よって、図５（ｂ）に示すように、光路を、顔の上下方向に移動させる場合には、図５（ａ）において、光源部２１、コリメータレンズ２２を紙面に対して垂直方向に配置するとともに、直動ステージ２３３の移動方向も紙面に垂直方向とし、直動ステージ２３３上のミラー２３１の向きを、光源部２１からコリメータレンズ２２を通して出射される光がミラー２７側に反射されるように設定することになる。

なお、直動ステージ２３３を用いる代わりに、ミラー２３１の裏面に、ピエゾ素子を貼り付けて、ミラー２３１の表面が移動するようにしてもよい。このとき、直動ステージ２３３を、ピエゾ素子を駆動する駆動装置とすればよい。

［第５の実施の形態］
第５の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１は、眼球１０の前眼房１３の周囲が液体中に浸漬されている。この状態は、液浸と表現されることがある。
図６は、第５の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１の構成の一例を示す図である。図６（ａ）は、眼球１０を上側から見た図（上下方向における断面図）、図６（ｂ）は、眼球１０を正面から見た図である。なお、後述する液浸部５０を除いた、光計測装置１の構成は、図３に示した第３の実施の形態と同様である。よって、同様の部分は同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。

液浸部５０は、容器５１と、容器５１を満たす液体５２とを備えている。液浸部５０の容器５１を眼球１０の周りの顔の表面に押し当てることで、眼球１０の前眼房１３の周囲が液体５２に浸漬される。液体５２は、眼房水との屈折率差が小さいことがよい。例えば、水、生理食塩水などを用い得る。
そして、液浸部５０は、前眼房１３を横切るように光が通過するように、容器５１の光路に対応する部分に、光が通過する入射窓５３及び出射窓５４を備えている。入射窓５３は、ミラー２７で反射した光が垂直に入射するように構成され、出射窓５４は、液体５２及び前眼房１３を通過した光が垂直に出射するように構成されている。なお、眼球１０の前眼房１３の周囲（例えば、角膜１４）における光の入射位置が液体５２に浸る構成であれば、容器５１の大きさや形状は問わない。

このように、液浸部５０は、ミラー２７で反射した光が角膜１４表面で屈折して、方向が変化することを抑制する。すなわち、角膜１４などの形状の影響を受けにくくなり、前眼房１３を横切る光路が設定しやすくなる。なお、光路βは、角膜１４表面で反射せずに進むが、前眼房１３を通過する距離が短い。

液浸部５０は、他の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１に適用してもよい。

［第６の実施の形態］
第２の実施の形態から第４の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１は、ミラー２７が予め定められた入射角に設定されていた。そして、ミラー２７は、眼球１０から離れて配置されていた。
第６の実施の形態では、ミラー２７は、眼球１０の表面に接触して用いられるミラー付きコンタクト部材６０に設けられている。ミラー付きコンタクト部材６０は、装着部材の一例である。

図７は、第６の実施の形態が適用される眼球の光計測装置１の構成の一例を示す図である。図７（ａ）は、眼球１０を上側から見た図（上下方向における断面図）、図７（ｂ）は、眼球１０を正面から見た図である。なお、後述するミラー付きコンタクト部材６０を除いた光計測装置１の構成は、図３に示した第３の実施の形態と同様である。よって、同様の部分は同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を説明する。

図７（ａ）に示すように、ミラー付きコンタクト部材６０は、いわゆるコンタクトレンズと同様の眼球用の部材であって、眼球１０における角膜１４の表面（眼球面）に装着される。なお、眼球１０における角膜１４の表面（眼球面）に装着されることを、ここでは、眼球１０に装着されると表現する。
そして、ミラー付きコンタクト部材６０は、基体６１の内部にミラー２７が設けられている。

基体６１は、例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、シリコーン共重合体、フッ素含有化合物などの樹脂である。基体６１の屈折率が、眼球１０における前眼房１３の眼房水、角膜１４などの屈折率に近いと、ミラー付きコンタクト部材６０と眼球１０との間の界面での屈折が抑制される。よって、眼球１０の前眼房１３を横切る光路の設定が容易になる。なお、光路βは、角膜１４表面で反射せずに進むが、前眼房１３を通過する距離が短い。

そして、基体６１は、ミラー２７に向かって光が入射する部分が、光に対して垂直な平面６２で構成されている。また、基体６１は、検出部２９に向かって光が出射する部分が、光に対して垂直な平面６３で構成されている。これにより、ミラー付きコンタクト部材６０への光の入射、ミラー付きコンタクト部材６０からの光の出射において、基体６１の屈折により光路が折り曲がることが抑制される。

図７（ｂ）に示すように、ミラー２７の外形は、四角形である。なお、ミラー２７の外形は、円弧状など他の形状であってもよい。
なお、基体６１は、円形である必要はなく、角膜１４に装着できる構成であれば、四角形など、他の形状であってもよい。

なお、第６の実施の形態で説明したミラー付きコンタクト部材６０を第２の実施の形態から第４の実施の形態に適用してもよい。

上記では種々の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態を組み合わせて構成してもよい。
また、本開示は上記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

１…光計測装置、１０…眼球、１３…前眼房、１４…角膜、２０…光学系、２０Ａ…発光系、２０Ｂ…受光系、２１…光源部、２３…偏向部、２４…テレセントリック光学系、２５…偏光制御部、２７、２３１…ミラー、２８、２３２…駆動装置、２９…検出部、３０…信号処理部、４０…制御部、５０…液浸部、６０…ミラー付きコンタクト部材、２３３…直動ステージ、２５１…偏光子、２９１…補償子、２９２…検光子、２９３…受光素子、α、β、γ、δ、ε…光路

Claims (9)

1. 光を、眼球の前眼房を横切る方向に反射させる光反射手段と、
   前記光が前記前眼房の中央部を横切る状態から移動した場合に、当該光が当該前眼房の中央部を横切る状態になるように、前記光反射手段によって反射された当該光の方向を前記眼球の前後方向および上下方向の少なくとも一方向に平行移動するように当該光反射手段への当該光の入射位置を切り替える切替手段と
   を備える眼球の光計測装置。
2. 前記光反射手段は、
   前記光の入射角が予め定められた角度に設定され、
   前記切替手段は、
   前記光を反射させる反射部材と、
   前記反射部材の前記光に対する反射角を変更する角度変更手段と、
   前記反射部材が反射した前記光を通過させて前記光反射手段に出射するテレセントリック光学系と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の眼球の光計測装置。
3. 前記光を予め定められた偏光にする偏光制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の眼球の光計測装置。
4. 前記偏光制御手段は、前記切替手段における前記テレセントリック光学系と前記光反射手段との間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の眼球の光計測装置。
5. 前記切替手段において、前記反射部材は、前記光に対する反射角が反射面における一の方向及び当該一の方向に直交する方向において変更しうることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の眼球の光計測装置。
6. 前記光反射手段は、
   前記光の入射角が予め定められた角度に設定され、
   前記切替手段は、
   前記光を反射させる反射部材と、
   前記反射部材を前記光の進行する前後方向に移動させる移動手段と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の眼球の光計測装置。
7. 前記光を予め定められた偏光にする偏光制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の眼球の光計測装置。
8. 前記眼球の前眼房の周囲を液体に浸漬する容器を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の眼球の光計測装置。
9. 前記光反射手段が、前記眼球の表面に接触して用いられる装着部材に設けられている請求項２乃至７のいずれか１項に記載の眼球の光計測装置。

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