JPH10272100A - 眼球から発生する光による眼内物質の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 眼球の深さの異なる複数の部位から発生する
光を同時に検出できるようにし、光学系の走査を不要に
する。 【解決手段】 受光光学系の受光軸３１と励起光学系の
光軸１６とがなす角度が１４°になるように定められて
おり、眼球軸３が両光学系の光軸１６，３１のなす角度
を二等分する方向に固定される。受光光学系の一次元固
体撮像素子３５の光入射側には、励起光ビーム上で眼球
２の深さ位置の異なる部位から発生する測定光を一次元
固体撮像素子３５の異なる位置の光電変換素子に入力さ
せるスリット３６が配置されている。光源強度の変動を
補正するために、励起光の一部がハーフミラー４０を経
て一次元固体撮像素子３５の一部の光電変換素子に直接
入射される。眼球の各部位から発生した測定光は、スリ
ット３６によって受光軸３１に平行な成分のみが一次元
固体撮像素子３５に入射して同時に検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、励起光学系から眼
球に励起光ビームを照射し、眼球から発生する散乱光と
蛍光の少なくとも一方を含む測定光を受光光学系で検出
して眼内物質を測定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】眼球に励起光を照射し、眼球からの散乱
光や螢光から情報を得る方法として、眼内の螢光を測定
することにより blood-ocular barrier の機能を定量的
に検索する検査法として、ガラス体フルオロフォトメト
リ（ＶＦＰ）が行われている。糖尿病の診断やインシュ
リン投与の必要性の判断には血糖値を測定しなければな
らない。血液を採取して血糖値を測定する方法は正確で
はあるが、患者に苦痛を与え、検査に手間がかかり、時
間も要する。

【０００３】そこで、眼球からの光学的な情報に基づい
て眼内物質を非侵襲に測定する種々の方法も検討されて
いる。例えば、眼球に励起光を照射し、そこから得られ
る情報に基づいて血糖値を測定する方法が検討されてい
る。そのような方法の１つは、水晶体に励起光を照射
し、その後方散乱光を受光して分光器やダイクロイック
ビームスプリッタを用いてそれを螢光とレーリ光に分離
し、螢光強度をレーリ光強度で正規化した値から糖尿病
を診断しうる情報を求め、それに基づいて糖尿病や白内
障その他の病気の診断を行う方法である（米国特許第
５,２０３,３２８号参照）。

【０００４】他の方法では、水晶体による赤外吸収又は
可視光の屈折率を測定し、それに基づいて水晶体中の血
糖値を求める（特開昭５１−７５４９８号公報参照）。
さらに他の方法では、角膜と水晶体の間に満たされてい
る房水に平面偏光を照射し、その偏光軸の回転角を測定
し、又は屈折率を測定することにより血糖値を求める
（米国特許第３,９６３,０１９号参照）。他の生体物質
としてコレステロール値を求める方法も提案されてい
る。そこでは、房水に励起光を照射し、そこからの散乱
光強度や散乱体であるタンパク質の移動度を測定するこ
とによってコレステロール値を求める（米国特許第４,
８３６,２０７号参照）。

【０００５】眼球のガラス体、水晶体、房水、角膜な
ど、測定する部位によって得られる情報が異なる。その
ため、眼球の深さの異なる位置からの情報を得るため
に、受光する蛍光などの発生場所が眼球の深さ方向に沿
って移動するように光学系を走査している（臨眼、38
巻、11号、1195-1199(1984)参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】眼球の深さの異なる位
置からの情報を得るために光学系を走査して測定する
と、その走査の間に眼球が動くと、測定部位の深さも変
わってしまい、正確な測定を行なうことができなくなっ
てしまう。また、光学系を走査するために光学系が複雑
で大型化する問題もある。本発明は眼球の深さの異なる
複数の部位から発生する光を同時に検出できるようにし
て測定を容易にするとともに、光学系の走査を不要にし
て測定装置を小型にすることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の測定装置は、励
起光学系から眼球に可視から近赤外領域の単色化された
又は単一波長の励起光ビームを照射し、眼球から発生す
る散乱光と蛍光の少なくとも一方を含む測定光を受光光
学系で検出して眼内物質を測定する装置であり、励起光
学系の光軸と受光光学系の受光軸は空間的に異なり、眼
球軸を測定のための適当な方向に固定した状態、すなわ
ち固視した状態で、両光軸が虹彩に当らず、かつ眼球内
で交差するように配置され、受光光学系は励起光ビーム
に沿って眼球内での深さの異なる位置で発生した測定光
をその発生位置と対応づけられた位置に導く光学素子、
及びその光学素子により導かれた測定光を検出する光検
出器を備えている。

【０００８】

【発明の実施の形態】受光光学系は眼球から発生する測
定光を分光する分光手段をさらに備えていることが好ま
しい。分光手段は、例えば測定光をその発生位置と対応
づけられた位置に導く光学素子と光検出器との間に備え
られ、光検出器はその分光手段により分光された測定光
を検出するように配置される。分光手段が波長分散型で
ない場合には、上記の光学素子の光入射側に配置するこ
ともできる。

【０００９】光学素子の第１の例は、受光光学系の受光
軸に平行な複数の薄板を配列したスリット、又は光ファ
イバを受光光学系の受光軸に平行に配置した光ファイバ
レンズアレイからなる空間アパーチャーである。光学素
子の第２の例は、レンズを含み、眼球内での励起光ビー
ムに沿った測定光発生位置の像を光検出器又は分光器上
に結像させる共役光学系である。

【００１０】好ましい態様では、光検出器は励起光学系
の光軸と受光光学系の受光軸とを含む平面内で受光光学
系の受光軸と一定の角度をもつ直線に沿って複数の光電
変換素子が配列されたＣＣＤセンサやフォトダイオード
アレイなどの一次元固体撮像素子である。この場合、分
光手段を設けるときは、その分光手段はフーリエ変換型
分光器（ＦＴ）、フィルタ、又は音響光学フィルタ（Ａ
ＯＴＦ）であり、その一次元固体撮像素子の光電変換素
子の位置と眼球内での励起光ビームに沿った測定光発生
位置とが光学素子により対応づけられている。

【００１１】他の好ましい態様では、光検出器は複数の
光電変換素子が二次元的に配列されたＣＣＤ撮像装置な
どの二次元固体撮像素子であり、分光手段は回折格子で
あり、その二次元固体撮像素子内の一列の光電変換素子
配列の光電変換素子の位置と眼球内での励起光ビームに
沿った測定光発生位置とが光学素子により対応づけら
れ、各位置からの測定光がその光電変換素子配列と直交
する方向に波長分散されて同時に検出される多チャンネ
ル分光器を構成している。光検出器が二次元固体撮像素
子である場合、励起光学系に励起光ビームを励起光学系
の光軸と受光光学系の受光軸とを含む平面と直交する方
向に移動させるビーム掃引機構をさらに備えることがで
きる。この場合には眼球内での２次元情報を得ることが
できる。

【００１２】励起光学系から眼球に照射される励起光ビ
ームは、可視から近赤外領域の単色化された又は単一波
長のビームであり、励起光学系の光軸に沿った平行光で
あることが好ましい。そのような励起光ビームを発生さ
せる励起光学系の一例は、タングステンランプやハロゲ
ンランプのように連続した波長の励起光を発生する白熱
ランプの光源と、その光源からの光を単色化するフィル
タなどの波長選択手段と、励起光を励起光学系の光軸に
沿った平行光とするスリットとを備えている。

【００１３】他の励起光学系の例は、可視から近赤外領
域の単一波長の励起光を発生するレーザ装置を光源とし
て備えたものである。レーザ装置として半導体レーザを
使用した場合は、ビームが発散するので、励起光を励起
光学系の光軸に沿った平行光とするためにレンズやスリ
ットが必要となる。半導体レーザが複数の波長光を発振
する場合は特定の波長光を選択する光学フィルタなどの
波長選択手段が必要になる。受光する光がラマン散乱光
や螢光である場合、励起光ビームが単色光又は単一波長
光である場合にはデータ処理が容易になる。励起光ビー
ムを平行光とすれば、面積積分を行う上で好都合であ
る。

【００１４】励起光学系の励起光ビームの光軸にビーム
スプリッタが設けられ、そのビームスプリッタにより取
り出された励起光の一部が光検出器の一部の光電変換素
子に入射され、その光電変換素子の出力により眼球から
の測定光を受光した光検出器の出力が補正されるように
すれば、励起光の変動があっても散乱光や蛍光を正確に
測定することができるようになる。

【００１５】測定時に眼球軸を特定の方向、例えば受光
光学系の光軸方向又はその光軸方向と一定の角度を保つ
ように固定するために、励起光学系の光源とは別に、可
視光を発生する眼球軸固定用の光源を備えてその光源か
らの光ビームを眼球に入射させる眼球軸固定用光学系が
さらに設けられているのが好ましい。眼球軸固定用光学
系は、眼内物質を測定しようとする眼球側に設けてもよ
く、眼内物質を測定しない他方の眼球側に設けてもよ
い。

【００１６】眼球軸を固定しない場合には、眼球軸が測
定に適した所定の方向になったときに測定を行なうこと
ができるようになっていることが好ましい。そのため
に、眼球の方向を監視するモニタとしてＣＣＤ固体撮像
装置などの二次元固体撮像素子を設け、その二次元固体
撮像素子により眼球の向き、励起光ビームの入射位置な
どの情報を取り込むことができるようにしてもよい。こ
のモニタ用二次元固体撮像素子も測定用眼球側又は他方
の眼球側のいずれに設けてもよい。

【００１７】励起光学系及び受光光学系を、顔面に装着
できるゴーグル状構造物内に一体的に収納することがで
き、その場合には、測定を手軽に行うことができる。そ
のゴーグル状構造物内には、受光光学系により測定され
たデータを含む情報を外部のデータ処理装置へ出力でき
る伝送回路をさらに設けることができる。測定データを
伝送する伝送回路は無線、有線、光パルスなど種々の手
段により実現することができる。

【００１８】測定される眼内物質の第１は糖類であり、
そのうち、グルコースに対しては励起波長からのシフト
波数にして420〜1500ｃｍ^-1又は2850〜3000ｃｍ^-1、好
ましくは420〜450ｃｍ^-1，460〜550ｃｍ^-1，750〜800ｃ
ｍ^-1，850〜940ｃｍ^-1，1000〜1090ｃｍ^-1，1090〜1170
ｃｍ^-1，1200〜1300ｃｍ^-1，1300〜1390ｃｍ^-1，1400〜
1500ｃｍ^-1又は2850〜3000ｃｍ^-1にあるラマン散乱ピー
クを用いて定量することができる。グルコース（ブドウ
糖）は血糖ともよばれ、糖尿病の診断や病態の推移を知
る上で最も重要な情報を与えるものである。

【００１９】他の糖類についても測定することができ
る。例えば、イノシトールに対しては励起波長からのシ
フト波数にして400〜1500ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃ
ｍ^-1、好ましくは400〜500ｃｍ^-1，700〜900ｃｍ^-1，10
00〜1100ｃｍ^-1，1200〜1500ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃｍ
^-1にあるラマン散乱ピークを用いて定量することができ
る。

【００２０】フルクトースに対しては励起波長からのシ
フト波数にして550〜1500ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃ
ｍ^-1、好ましくは550〜620ｃｍ^-1，650〜700ｃｍ^-1，78
0〜870ｃｍ^-1，900〜980ｃｍ^-1，1000〜1150ｃｍ^-1，12
00〜1300ｃｍ^-1，1400〜1480ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃｍ
^-1にあるラマン散乱ピークを用いて定量することができ
る。

【００２１】ガラクトースに対しては励起波長からのシ
フト波数にして400〜1500ｃｍ^-1又は2850〜3050ｃ
ｍ^-1、好ましくは450〜550ｃｍ^-1，630〜900ｃｍ^-1，10
00〜1180ｃｍ^-1，1200〜1290ｃｍ^-1，1300〜1380ｃ
ｍ^-1，1400〜1500ｃｍ^-1又は2850〜3050ｃｍ^-1にあるラ
マン散乱ピークを用いて定量することができる。

【００２２】ソルビトールに対しては励起波長からのシ
フト波数にして380〜1500ｃｍ^-1又は2700〜2960ｃ
ｍ^-1、好ましくは388〜488ｃｍ^-1，749〜862ｃｍ^-1，93
3〜1120ｃｍ^-1，1380〜1464ｃｍ^-1又は2731〜2960ｃｍ
^-1にあるラマン散乱ピークを用いて定量することができ
る。

【００２３】測定される眼内物質の第２は脂質であり、
そのうちのレシチン（ホスファチジルコリン）に対して
は450〜650ｎｍの蛍光スペクトルのスペクトル強度又は
その範囲内の適当な波長範囲のスペクトルの積算値を用
いて定量することができる。

【００２４】測定される眼内物質の第３はビリルビンで
あり、励起波長からのシフト波数にして500〜540ｃ
ｍ^-1，670〜710ｃｍ^-1，900〜980ｃｍ^-1，1220〜1300ｃ
ｍ^-1，1310〜1330ｃｍ^-1，1400〜1500ｃｍ^-1又は1550〜
1670ｃｍ^-1にあるラマン散乱ピークを用いて定量するこ
とができる。

【００２５】測定される眼内物質の第４は糖化タンパク
であり、そのうちの糖化アルブミンに対しては640〜850
ｎｍの蛍光スペクトルのスペクトル強度又はその範囲内
の適当な波長範囲のスペクトルの積算値を用いて定量す
ることができる。

【００２６】測定される眼内物質の第５はＡＧＥ（Adva
nced Glycated End Product）である。ＡＧＥについて
も同様に測定し、定量することができる。ＡＧＥは後期
段階生成物とよばれ、アミノ酸、ペプチド、タンパク質
などのアミノ基が還元糖のカルボニル基と反応する非酵
素的糖化反応（グリケーション）の後期段階の生成物で
あり、糖尿病性慢性合併症による臓器障害と関連するも
のとして注目されている物質である。測定される眼内物
質の第６は糖化クリスタリンである。糖化クリスタリン
についても同様に測定し、定量することができる。

【００２７】これらの眼内物質は体内に存在している物
質である。それに対し、眼球からの蛍光を測定する従来
の方法では、fluorescein-Naを静脈に注射した後に行な
うのが一般的である。本発明はそのような対外から注入
された蛍光物質を測定する装置としても利用することが
できる。そこで、測定される眼内物質の第７は対外から
注入された蛍光物質であり、そのような蛍光物質として
fluorescein-Naを挙げることができる。

【００２８】測定される眼内物質が糖類、脂質、ビリル
ビン、糖化タンパク、ＡＧＥ、糖化クリスタリンなどか
らの少なくとも２種類の物質である場合には、それらの
物質に選択されたシフト波数のラマン散乱光のピーク強
度もしくはピーク面積、又は螢光のスペクトル強度もし
くは適当な波長範囲の積算値が用いられ、それらの複数
の測定値から多変量解析によりそれぞれの物質の測定値
を求めることができる。

【００２９】多変量解析演算では、主成分回帰分析法
（ＰＣＲ法）や部分最小二乗法（ＰＬＳ法）などの多変
量回帰分析法を用いてデータ解析を行なう。多変量回帰
分析法では、一度に多くのスペクトル強度を用いて回帰
分析することができるので、単回帰分析に比べて高い精
度の定量分析が可能である。重回帰分析はもっとも多用
されているが、多数の試料が必要であり、各波数でのス
ペクトル強度同士の相関が高い場合にはその定量分析精
度は低くなる。一方、多変量回帰分析法であるＰＣＲ法
は複数の波数域でのスペクトル強度を互いに無関係な主
成分に集約させることができ、さらに不必要なノイズデ
ータを削除することができるので、高い定量分析精度が
得られる。またＰＬＳ法は主成分の抽出の際に試料濃度
のデータも利用することができるので、ＰＣＲ法と同様
に高い定量分析精度を得ることができる。多変量回帰分
析に関しては『多変量解析』（中谷和夫著、新曜社）を
参考にできる。

【００３０】種々の変動要因により複雑に変動するスペ
クトルから必要な情報を引き出すには、コンピューター
によるデータ処理が大いに役立つ。代表的な処理法は市
販の近赤外装置等に装備されている処理用ソフトウェア
にも収容されている。また市販のソフトウェアとしてＣ
ＡＭＯ社のアンスクランバーなどがある。代表的な処理
法とは上に挙げた重回帰分析やＰＬＳ法、主成分回帰分
析法等である。

【００３１】定量分析に適用するデータ処理の大きな流
れは、キャリブレーションモデルの作成、キャリブ
レーションモデルの評価、未知試料の定量である。キ
ャリブレーションを行なうには、適当な数の検量線作成
用試料を充分な精度で測定する必要がある。得られたス
ペクトルは必要に応じて前処理を行なう。代表的な前処
理としては、スペクトルの平滑化や微分、正規化があ
り、いずれも一般的な処理である。次に、キャリブレー
ションは、スペクトルデータと目的特性の分析値との間
の数学的関係式、すなわちモデルを構築する処理であ
る。モデルの作成は、検量線作成用試料の分析値とスペ
クトルデータを用い、統計的手法によって行われる。

【００３２】作成された検量線の未知試料に対する予測
の精度を正しく評価するため、評価用試料により、未知
試料に対する測定誤差が求められる。検量線の精度が不
充分であると判定されたときは、必要に応じて処理法の
種類やパラメーターの変更など行い、検量線の修正を行
なう。精度が充分であると認められた検量線は、未知試
料の分析に際し、スペクトルデータから目的特性の値を
予測する関係式として使用され、未知試料濃度の定量に
用いられる。

【００３３】

【実施例】図１は第１の実施例を概略的に表わしたもの
である。２は眼球を表わしており、ガラス体４の前方に
水晶体６があり、最前方に角膜８がある。角膜８と水晶
体６の間には透明な液の房水１０が満たされている。水
晶体６と角膜８の間には虹彩１１があり、虹彩１１の中
央開口部が瞳孔である。３は眼球軸を表わしている。

【００３４】励起光学系１２はタングステンランプなど
の白熱ランプを光源１４として備えており、励起光学系
１２の光軸１６上には光源１４から発生する励起光を集
光させるレンズ１８、励起光から狭い波長範囲を取り出
して単色化する光学フィルタ２０が設けられている。光
学フィルタ２０は複数枚、図の例では３枚が配置されて
おり、所望の励起光ビーム波長に応じて切り換えること
ができるようになっている。光学フィルタ２０とレンズ
１８の間に設けられたスリット２２と、光学フィルタ２
０よりも出射側に設けられた複数枚のスリット２４によ
って励起光ビームを０.１〜２ｍｍの直径の細い平行ビ
ームに調整している。

【００３５】受光光学系３０はその受光軸３１が励起光
学系の光軸１６とは空間的に異なり、受光光学系の受光
軸３１と励起光学系の光軸１６とが空気中でなす角度が
１４°になるように両光学系１２，３０の相対的な方向
が定められている。眼球はその眼球軸３が両光学系の光
軸１６，３１のなす角度を二等分する方向に固定されて
測定される。その状態では、眼球軸３に対し、両光学系
の光軸１６，３１は互いに反対側に位置し、光軸１６，
３１と眼球軸３とのなす角θ₁，θ₂はともに７°であ
る。

【００３６】受光光学系３０は、その受光軸３１上に光
検出器としてＣＣＤセンサ又はフォトダイオードアレイ
などの一次元固体撮像素子３５が配置されている。一次
元固体撮像素子３５は一列に配列されたＣＣＤ光電変換
素子配列を備え、その光電変換素子配列の方向は、励起
光学系の光軸１６と受光光学系の受光軸３１とを含む平
面内で受光光学系の受光軸３１と直交する直線に沿った
方向である。一次元固体撮像素子３５の光電変換素子配
列のピッチは、例えば１２５μｍである。

【００３７】一次元固体撮像素子３５の光入射側には、
励起光ビーム上で眼球２の深さ位置の異なる部位から発
生する測定光を光検出器３５の異なる位置の光電変換素
子に入力させる光学素子として、スリット３６が配置さ
れている。スリット３６は、受光光学系の受光軸３１に
平行で励起光学系の光軸１６と受光光学系の受光軸３１
とを含む平面に直交する方向の複数の薄板を、励起光学
系の光軸１６と受光光学系の受光軸３１とを含む平面内
の受光光学系の受光軸３１と直交する方向に配列したも
のである。スリット３６は、そのピッチが一次元固体撮
像素子３５の光電変換素子ピッチと対応していることが
好ましく、また、スリット３６の深さＤは５〜３０ｍｍ
である。

【００３８】スリット３６と一次元固体撮像素子３５の
間にはＦＴ、フィルタ又はＡＯＴＦなどの分光手段３７
が配置されており、眼球２からの測定光を分光できるよ
うになっている。ＦＴ、フィルタ又はＡＯＴＦなどの分
光手段３７は、記号３７'で示されるようにスリット３
６への測定光入射側に配置してもよい。

【００３９】眼球軸３を所定の方向に固定するために、
可視光を発生する光源と、その光源からの光を細い光束
にするスリットと、そのスリットにより調整されたビー
ムを光軸３１上に乗せて眼球２に入射させるためのハー
フミラーとを備えた光学系３２が設けられている。

【００４０】眼球の方位及び励起光ビームの入射位置を
含む情報を取り込むために、受光光学系３０にはさらに
モニタ用ＣＣＤ撮像装置６２が設けられており、撮像装
置６２は受光光学系の光軸３１上に設けられたハーフミ
ラーにより取り出された眼球からの光を受光する。

【００４１】光源強度の変動を補正するために、励起光
学系の光軸１６上にハーフミラー４０が配置され、励起
光の一部が一次元固体撮像素子３５の一部の光電変換素
子に直接入射される。その励起光ビームを受光した光電
変換素子の検出信号により一次元固体撮像素子３５の他
の部分の光電変換素子が受光した眼球の各部からの検出
信号を割算して正規化することににより、光源強度の変
動分を補正して正確な測定値を得ることができる。

【００４２】図１の実施例の動作を説明する。励起光ビ
ームは角膜８から入射し、房水１０、水晶体６及びガラ
ス体４を経て網膜にいたる。励起光ビームが眼球の各部
位を照射することによりそれらの各部位から発生した散
乱光及び螢光の測定光は、スリット３６によって受光軸
３１に平行な成分のみが分光手段３７を経て分光されて
一次元固体撮像素子３５に入射する。スリット３６が設
けられていることによって一次元固体撮像素子３５の光
電変換素子の位置と眼球２での測定光発生位置とが対応
し、どの深さ位置からの情報であるかを識別することが
できる。

【００４３】光検出器として二次元固体撮像素子を用い
た場合には、分光手段３７として多チャンネル分光器を
用いることができる。この場合、対応スリット３６を経
てその分光器に入射する１列の測定光が眼球内の位置と
対応したものとなる。分光器へ入射する測定光の配列方
向と直交する方向に波長分散させることにより、眼球内
の複数の位置からの測定光を同時に分光しそれぞれの多
波長にわたって同時に検出できるようになる。

【００４４】図２は励起光学系の光源として半導体レー
ザを用いた実施例を示したものである。励起光学系１２
ａの光軸１６上に光源として半導体レーザ１４ａが配置
され、光軸１６上で半導体レーザ１４ａの光出射側には
励起光ビームを光軸１６上の平行光とするためのレンズ
１８ａと、特定の波長光を選択する光学フィルタ２０ａ
とが配置されている。他の構成は図１のものと同じであ
り、動作も図１のものと同じである。

【００４５】図３は、測定光が発生する深さの異なる眼
球の部位と光検出器の光電変換素子の位置とを対応させ
る光学素子として、図１のスリット３６に代わる例を示
したものである。（Ａ）は光ファイバレンズアレイ４２
を用いたものであり、その光ファイバのピッチも一次元
固体撮像素子３５の光電変換素子ビッチに対応したもの
であることが好ましい。励起光ビームにより照射された
眼球の各部位Ｐ₁〜Ｐ_Nから発生する測定光を光ファイバ
レンズアレイ４２の各光ファイバレンズＦ₁〜Ｆ_Nで選択
して光電変換素子Ｐ₁'〜Ｐ_N'で検出する。光ファイバレ
ンズの開口数ＮＡが小さいほど方向性が高い。

【００４６】図３（Ｂ）はレンズ４４を用いたものであ
る。レンズ４４は単一のものに限らず複数枚が組み合わ
されたものであってもよい。レンズ４４は眼球に入射し
た励起光ビーム上の物面Ｐと一次元固体撮像素子３５上
の像面Ｐ'とが共役関係になるように配置される。この
場合、物面Ｐ上の深さの異なる各位置Ａ〜Ｂで発生した
測定光が一次元固体撮像素子３５上の像面Ｐ'にＡ'〜
Ｂ'として結像される。図３（Ａ）又は（Ｂ）光学素子
を用いる場合も光検出器としては一次元固体撮像素子と
二次元固体撮像素子のいずれも使用することができる。

【００４７】二次元固体撮像素子を用い、ＦＴ、フィル
タ又はＡＯＴＦなどの分光手段３７と組み合わせた場合
には、一次元固体撮像素子と同じく、深さの異なる眼球
の部位から発生する測定光を同時に検出できるだけでな
く、二次元固体撮像素子による二次元像を監視すること
により、眼球の位置を観察することができる。その場合
にはモニタ用のＣＣＤ撮像装置を別途設けなくても、眼
球軸が励起光学系の光軸及び受光光学系の受光軸に対し
て測定に適した状態になったことを確認した上で測定を
行なうことができるようになる。

【００４８】図４は測定用眼球とは異なる他方の眼球に
モニタ用ＣＣＤ撮像装置を設けた例を示したものであ
る。いま、右側の眼球２Ｒが測定側であるとし、励起光
学系からの測定光１６が右側の眼球２Ｒに入射し、その
眼球２Ｒからの光を検出するために、受光光学系として
レンズ４４と、分光手段を備えた受光素子３５，３７を
備えたものが設けられている。一方、左側の眼球２Ｌに
は、眼球軸の位置をモニタするために、その眼球２Ｌを
照明する光源６０と、その光源６０により照明された眼
球２Ｌの方位をモニタするモニタ用ＣＣＤ撮像装置６２
が設けられている。

【００４９】図５は、励起光学系のさらに他の例を示し
たものであり、励起光ビームを励起光学系の光軸と受光
光学系の受光軸とを含む平面と直交する方向に移動させ
るビーム掃引機構を備えた例である。この例では、励起
光学系の光軸と受光光学系の受光軸とを含む平面は眼球
２を横方向に横切る平面であり、励起光ビーム１６をそ
の平面と直交する方向（眼球２に縦方向の矢印で示した
方向）に掃引する。励起光学系には光源７０からの励起
光ビーム１６を掃引するためにポリゴンミラー７２が設
けられている。ポリゴンミラー７２と眼球２との間には
レンズ７４が配置されており、ポリゴンミラー７２がそ
のレンズ７４の焦点位置に配置されていることにより、
ポリゴンミラー７２で方向が変化するように掃引された
励起光ビーム１６は、レンズ７４を通過した後は互いに
平行光となって、眼球２の矢印で示された方向に掃引さ
れながら眼球２に入射する。

【００５０】図６は本発明をゴーグル状構造物内に一体
化した実施例を表わしたものであり、（Ａ）は内部の光
学系の配列を示す平面図、（Ｂ）は内部の光学系の配列
を示す受光光学系側の側面図、（Ｃ）は眼球側からみた
斜視図である。ゴーグル状構造物５０内には図２に示さ
れた励起光学系１２ａと受光光学系３０が配置されてい
る。また、光源の駆動や光検出器の駆動を行い、光検出
器が検出した信号を外部へ伝送する伝送回路などもゴー
グル状構造物５０内に備えている。制御部５２はそのよ
うな駆動部や伝送回路を含んだものである。

【００５１】図７から図１４により、本発明で測定しよ
うとする眼内物質のラマン散乱スペクトル及び螢光スペ
クトルの例を示す。いずれも励起光は６３２.８ｎｍの
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光である。図７はグルコースのラマン
散乱スペクトルであり、励起波長からのシフト波数にし
て420〜450ｃｍ^-1，460〜550ｃｍ^-1，750〜800ｃｍ^-1，
850〜940ｃｍ^-1，1000〜1090ｃｍ^-1，1090〜1170ｃ
ｍ^-1，1200〜1300ｃｍ^-1，1300〜1390ｃｍ^-1，1400〜15
00ｃｍ^-1及び2850〜3000ｃｍ^-1の位置にピークが存在す
る。それらのピークの中心波数は、438ｃｍ^-1，530ｃｍ
^-1，776ｃｍ^-1，917ｃｍ^-1，1087ｃｍ^-1，1103ｃｍ^-1，
1298ｃｍ^-1，1373ｃｍ^-1，1461ｃｍ^-1及び2907ｃｍ^-1で
ある。

【００５２】図８はイノシトールのラマン散乱スペクト
ルであり、励起波長からのシフト波数にして400〜500ｃ
ｍ^-1，700〜900ｃｍ^-1，1000〜1100ｃｍ^-1，1200〜1500
ｃｍ^-1及び2900〜3050ｃｍ^-1の位置にピークが存在す
る。それらのピークの中心波数は、443.852ｃｍ^-1，86
4.743ｃｍ^-1，1074.37ｃｍ^-1，1468.06ｃｍ^-1及び2995.
59ｃｍ^-1である。

【００５３】図９はフルクトースのラマン散乱スペクト
ルであり、励起波長からのシフト波数にして550〜620ｃ
ｍ^-1，650〜700ｃｍ^-1，780〜870ｃｍ^-1，900〜980ｃｍ
^-1，1000〜1150ｃｍ^-1，1200〜1300ｃｍ^-1，1400〜1480
ｃｍ^-1及び2900〜3050ｃｍ^-1の位置にピークが存在す
る。それらのピークの中心波数は、599.093ｃｍ^-1，68
8.482ｃｍ^-1，802.175ｃｍ^-1，963.9821ｃｍ^-1，1074.3
7ｃｍ^-1，1267.38ｃｍ^-1，1468.06ｃｍ^-1及び2995.59ｃ
ｍ^-1である。

【００５４】図１０はガラクトースのラマン散乱スペク
トルであり、励起波長からのシフト波数にして450〜550
ｃｍ^-1，630〜900ｃｍ^-1，1000〜1180ｃｍ^-1，1200〜12
90ｃｍ^-1，1300〜1380ｃｍ^-1，1400〜1500ｃｍ^-1及び28
50〜3050ｃｍ^-1の位置にピークが存在する。それらのピ
ークの中心波数は、495.884ｃｍ^-1，864.743ｃｍ^-1，10
62.17ｃｍ^-1，1267.38ｃｍ^-1，1362.38ｃｍ^-1，1468.06
ｃｍ^-1及び2976.02ｃｍ^-1である。

【００５５】図１１はソルビトールのラマン散乱スペク
トルであり、励起波長からのシフト波数にして388〜488
ｃｍ^-1，749〜862ｃｍ^-1，933〜1120ｃｍ^-1，1380〜146
4ｃｍ^-1及び2731〜2960ｃｍ^-1の位置にピークが存在す
る。それらのピークの中心波数は、438ｃｍ^-1，821ｃｍ
^-1，1414ｃｍ^-1，1000ｃｍ^-1付近及び2893ｃｍ^-1であ
る。

【００５６】図１２は糖化アルブミンの蛍光スペクトル
であり、640〜850ｎｍにピークをもっている。濃度が６
１.１％、３３.３％、２４.８％の水溶液試料を測定し
たものであり、高濃度のものほどスペクトル強度が大き
くなっている。

【００５７】図１３はジタウロビリルビンのラマン散乱
スペクトルであり、励起波長からのシフト波数にして50
0〜540ｃｍ^-1，670〜710ｃｍ^-1，900〜980ｃｍ^-1，1220
〜1300ｃｍ^-1，1310〜1330ｃｍ^-1，1400〜1500ｃｍ^-1及
び1550〜1670ｃｍ^-1の位置にピークが存在する。それら
のピークの中心波数は、520ｃｍ^-1，688ｃｍ^-1，940ｃ
ｍ^-1，1250ｃｍ^-1，1320ｃｍ^-1，1445ｃｍ^-1及び1615ｃ
ｍ^-1である。図１４はレシチンの蛍光スペクトルであ
り、450〜650ｎｍにピークをもっている。

【００５８】

【発明の効果】本発明では励起光学系から眼球に励起光
ビームを照射し、眼球の深さの異なる複数の位置から発
生する散乱光と蛍光の少なくとも一方を含む測定光を受
光光学系で同時に検出し、かつ眼球での深さの異なる測
定光発生位置と受光光学系の光検出器での光電変換素子
の位置との間を対応させたので、眼球の深さの異なる複
数の位置からの情報を非侵襲に、かつ同時に得ることが
できる。そのため、従来のように眼球の深さ方向に走査
するときのように測定中に眼球が動いて測定不能になる
という不都合を解消することができる。また光学系に走
査機構が必要ではないので、光学系を小型にすることが
でき、図４の実施例に示されたようなゴーグル状構造物
内に一体化した組み込むこともできるようになって、取
扱いが容易になる。このように、眼球の深さの異なる部
位からの光学的な情報を得て各部での眼内物質を測定す
ることが容易になり、糖尿病その他の病気の診断などに
有益な情報を非侵襲に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を示す概略平面断面図である。

【図２】第２の実施例を示す概略平面断面図である。

【図３】第１、第２の実施例におけるスリットに代わる
光学素子を示した概略平面断面図であり、（Ａ）は光フ
ァイバレンズアレイを用いたもの、（Ｂ）はレンズを用
いたものである。

【図４】測定用眼球とは異なる他方の眼球側にモニタ用
ＣＣＤ撮像装置を設けた例を示す概略斜視図である。

【図５】ビーム掃引機構を備えた励起光学系の例を示す
概略斜視図である。

【図６】光学系をゴーグル状構造物内に一体化した実施
例を表わしたものであり、（Ａ）は内部の光学系の配列
を示す平面図、（Ｂ）は内部の光学系の配列を示す受光
光学系側の側面図、（Ｃ）は眼球側からみた斜視図であ
る。

【図７】グルコースのラマン散乱スペクトルを示す図で
ある。

【図８】イノシトールのラマン散乱スペクトルを示す図
である。

【図９】フルクトースのラマン散乱スペクトルを示す図
である。

【図１０】ガラクトースのラマン散乱スペクトルを示す
図である。

【図１１】ソルビトールのラマン散乱スペクトルを示す
図である。

【図１２】糖化アルブミンの蛍光スペクトルを示す図で
ある。

【図１３】ジタウロビリルビンのラマン散乱スペクトル
を示す図である。

【図１４】レシチンの蛍光スペクトルを示す図である。

【符号の説明】

２ 眼球 ３ 眼球軸 １２，１２ａ 励起光学系 １４，１４ａ 励起光源 １６ 励起光学系の光軸 １８，１８ａ レンズ ２０，２０ａ 光学フィルタ ２２，２４ スリット ３０ 受光光学系 ３５ 一次元固体撮像素子 ３６ スリット ３７ 分光手段 ４０ ハーフミラー ４２ 光ファイバレンズアレイ ４４ レンズ ５０ ゴーグル状構造物 ６２ モニタ用ＣＣＤ撮像装置 ７２ ポリゴンミラー

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光学系から眼球に可視から近赤外領
   域の単色化された又は単一波長の励起光ビームを照射
   し、眼球から発生する散乱光と蛍光の少なくとも一方を
   含む測定光を受光光学系で検出して眼内物質を測定する
   装置において、 励起光学系の光軸と受光光学系の受光軸は空間的に異な
   り、眼球軸を測定のための適当な方向に固定した状態
   で、両光軸が虹彩に当らず、かつ眼球内で交差するよう
   に配置され、 受光光学系は励起光ビームに沿って眼球内での深さの異
   なる位置で発生した測定光をその発生位置と対応づけら
   れた位置に導く光学素子、その光学素子により導かれた
   測定光を検出する光検出器を備えていることを特徴とす
   る測定装置。
2. 【請求項２】 前記受光光学系は眼球から発生する測定
   光を分光する分光手段をさらに備え、前記光検出器はそ
   の分光手段により分光された測定光を検出するものであ
   る請求項１に記載の測定装置。
3. 【請求項３】 眼球軸を固定するために、励起光学系の
   光源とは別の可視光を発生する眼球軸固定用の光源を備
   えてその光源からの光ビームを測定用眼球又は他の眼球
   に入射させる眼球軸固定用光学系がさらに設けられてい
   る請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 【請求項４】 眼球の方向を監視するモニタとして二次
   元固体撮像素子が測定用眼球側又は他の眼球側に設けら
   れており、その二次元固体撮像素子により眼球の向き、
   励起光ビームの入射位置などの情報を取り込むことがで
   きるようにした請求項１又は２に記載の測定装置。
5. 【請求項５】 前記受光光学系の光検出器は二次元固体
   撮像素子であり、その二次元固体撮像素子は眼球の方向
   を監視するモニタとしてとしても使用される請求項１又
   は２に記載の測定装置。
6. 【請求項６】 前記励起光学系から発する光線が虹彩に
   かかることなく眼球内に入射し、その入射光軸は網膜近
   傍で眼球軸と交叉する請求項１から５のいずれかに記載
   の測定装置。
7. 【請求項７】 前記入射光軸と眼球軸とのなす角度が約
   １５度以下である請求項６に記載の測定装置。
8. 【請求項８】 受光光学系の受光軸が虹彩にかかること
   なく眼球軸と交叉し、受光軸と眼球軸とのなす角度も約
   １５度以下である請求項７に記載の測定装置。
9. 【請求項９】 前記励起光学系からの励起光ビームに沿
   って眼球内での深さの異なる位置で発生した測定光で、
   前記受光光学系の受光軸に平行な成分が虹彩で遮られる
   ことなく前記光学素子に入射するように、励起光学系と
   受光光学系が配置されている請求項１から８のいずれか
   に記載の測定装置。
10. 【請求項１０】 前記光学素子は、受光光学系の受光軸
    に平行な複数の薄板を配列したスリットアレイ、又は光
    ファイバを受光光学系の受光軸に平行に配置した光ファ
    イバレンズアレイからなる空間アパーチャーである請求
    項１から９に記載の測定装置。
11. 【請求項１１】 前記光学素子は、レンズを含み、眼球
    内での励起光ビームに沿った測定光発生位置から発生す
    る測定光の集合を前記光検出器又は前記分光手段上に結
    像させる共役光学系である請求項１から９に記載の測定
    装置。
12. 【請求項１２】 前記光検出器は励起光学系の光軸と受
    光光学系の受光軸とを含む平面内で受光光学系の受光軸
    と一定の角度をもつ直線に沿って複数の光電変換素子が
    配列された一次元又は二次元の固体撮像素子であり、そ
    の一次元又は二次元の固体撮像素子の光電変換素子の位
    置と眼球内での励起光ビームに沿った測定光発生位置と
    が前記光学素子により対応づけられている請求項１に記
    載の測定装置。
13. 【請求項１３】 前記光検出器は励起光学系の光軸と受
    光光学系の受光軸とを含む平面内で受光光学系の受光軸
    と一定の角度をもつ直線に沿って複数の光電変換素子が
    配列された一次元又は二次元の固体撮像素子であり、前
    記分光手段はフーリエ変換型分光器、フィルタ、又は音
    響光学フィルタであり、その一次元又は二次元の固体撮
    像素子の光電変換素子の位置と眼球内での励起光ビーム
    に沿った測定光発生位置とが前記光学素子により対応づ
    けられている請求項２に記載の測定装置。
14. 【請求項１４】 前記光検出器は二次元固体撮像素子で
    あり、前記分光手段は回折格子であり、その二次元固体
    撮像素子内の一列の光電変換素子配列の光電変換素子の
    位置と眼球内での励起光ビームに沿った測定光発生位置
    とが前記光学素子により対応づけられ、各位置からの測
    定光がその光電変換素子配列と直交する方向に波長分散
    されて同時に検出される多チャンネル分光器を構成して
    いる請求項１３に記載の測定装置。
15. 【請求項１５】 前記光検出器は二次元固体撮像素子で
    あり、励起光学系は励起光ビームを励起光学系の光軸と
    受光光学系の受光軸とを含む平面と直交する方向に移動
    させるビーム掃引機構をさらに備えている請求項１２又
    は１３に記載の測定装置。
16. 【請求項１６】 励起光学系の励起光ビームの光軸にビ
    ームスプリッタが設けられ、そのビームスプリッタによ
    り取り出された励起光の一部が光検出器の一部の光電変
    換素子に入射され、その光電変換素子の出力により眼球
    からの測定光を受光した他の光電変換素子の出力が補正
    される請求項１から１５のいずれかに記載の測定装置。
17. 【請求項１７】 励起光学系及び受光光学系を含む必要
    な光学系が、顔面に装着できるゴーグル状構造物内に一
    体的に収納されている請求項１から１６のいずれかに記
    載の測定装置。
18. 【請求項１８】 前記ゴーグル状構造物内には、受光光
    学系により測定されたデータを含む情報を外部のデータ
    処理装置へ出力できる伝送回路がさらに設けられている
    請求項１７に記載の測定装置。
19. 【請求項１９】 測定される眼内物質は糖類であり、 グルコースに対しては励起波長からのシフト波数にして
    420〜1500ｃｍ^-1又は2850〜3000ｃｍ^-1、好ましくは420
    〜450ｃｍ^-1，460〜550ｃｍ^-1，750〜800ｃｍ^-1，850〜
    940ｃｍ^-1，1000〜1090ｃｍ^-1，1090〜1170ｃｍ^-1，120
    0〜1300ｃｍ^-1，1300〜1390ｃｍ^-1，1400〜1500ｃｍ^-1
    又は2850〜3000ｃｍ^-1にあるラマン散乱ピークを用いて
    定量がなされ、 イノシトールに対しては励起波長からのシフト波数にし
    て400〜1500ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃｍ^-1、好ましくは4
    00〜500ｃｍ^-1，700〜900ｃｍ^-1，1000〜1100ｃｍ^-1，1
    200〜1500ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃｍ^-1にあるラマン散
    乱ピークを用いて定量がなされ、 フルクトースに対しては励起波長からのシフト波数にし
    て550〜1500ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃｍ^-1、好ましくは5
    50〜620ｃｍ^-1，650〜700ｃｍ^-1，780〜870ｃｍ^-1，900
    〜980ｃｍ^-1，1000〜1150ｃｍ^-1，1200〜1300ｃｍ^-1，1
    400〜1480ｃｍ^-1又は2900〜3050ｃｍ^-1にあるラマン散
    乱ピークを用いて定量がなされ、 ガラクトースに対しては励起波長からのシフト波数にし
    て400〜1500ｃｍ^-1又は2850〜3050ｃｍ^-1、好ましくは4
    50〜550ｃｍ^-1，630〜900ｃｍ^-1，1000〜1180ｃｍ^-1，1
    200〜1290ｃｍ^-1，1300〜1380ｃｍ^-1，1400〜1500ｃｍ
    ^-1又は2850〜3050ｃｍ^-1にあるラマン散乱ピークを用い
    て定量がなされ、 ソルビトールに対しては励起波長からのシフト波数にし
    て380〜1500ｃｍ^-1又は2700〜2960ｃｍ^-1、好ましくは3
    88〜488ｃｍ^-1，749〜862ｃｍ^-1，933〜1120ｃｍ^-1，13
    80〜1464ｃｍ^-1又は2731〜2960ｃｍ^-1にあるラマン散乱
    ピークを用いて定量がなされる請求項１から１８のいず
    れかに記載の測定装置。
20. 【請求項２０】 測定される眼内物質が脂質であり、 レシチンに対しては450〜650ｎｍの蛍光スペクトルのス
    ペクトル強度又はその範囲内の適当な波長範囲のスペク
    トルの積算値を用いて定量がなされる請求項１から１８
    のいずれかに記載の測定装置。
21. 【請求項２１】 測定される眼内物質がビリルビンであ
    り、励起波長からのシフト波数にして500〜540ｃｍ^-1，
    670〜710ｃｍ^-1，900〜980ｃｍ^-1，1220〜1300ｃｍ^-1，
    1310〜1330ｃｍ^-1，1400〜1500ｃｍ^-1又は1550〜1670ｃ
    ｍ^-1にあるラマン散乱ピークを用いて定量がなされる請
    求項１から１８のいずれかに記載の測定装置。
22. 【請求項２２】 測定される眼内物質が糖化タンパクで
    あり、 糖化アルブミンに対しては640〜850ｎｍの蛍光スペクト
    ルのスペクトル強度又はその範囲内の適当な波長範囲の
    スペクトルの積算値を用いて定量がなされる請求項請求
    項１から１８のいずれかに記載の測定装置。
23. 【請求項２３】 測定される眼内物質が糖化タンパク最
    終産物ＡＧＥである請求項１から１８のいずれかに記載
    の測定装置。
24. 【請求項２４】 測定される眼内物質が糖化クリスタリ
    ンである請求項１から１８のいずれかに記載の測定装
    置。
25. 【請求項２５】 測定される眼内物質が糖類、脂質、ビ
    リルビン、糖化タンパク、ＡＧＥ及び糖化クリスタリン
    からなる群に含まれる少なくとも２種類の物質であり、
    それらの物質に選択されたシフト波数のラマン散乱光の
    ピーク強度もしくはピーク面積、又は螢光のスペクトル
    強度もしくは適当な波長範囲の積算値が用いられ、それ
    らの複数の測定値から多変量解析によりそれぞれの物質
    の測定値が求められる請求項１から１８のいずれかに記
    載の測定装置。
26. 【請求項２６】 測定される眼内物質は体外から注入さ
    れた蛍光物質である請求項１から１８のいずれかに記載
    の測定装置。