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JP2003000543A - 眼のコヒーレンス・トポグラフィック・レイトレーシング測定のための装置 - Google Patents

眼のコヒーレンス・トポグラフィック・レイトレーシング測定のための装置

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JP2003000543A
JP2003000543A JP2002147222A JP2002147222A JP2003000543A JP 2003000543 A JP2003000543 A JP 2003000543A JP 2002147222 A JP2002147222 A JP 2002147222A JP 2002147222 A JP2002147222 A JP 2002147222A JP 2003000543 A JP2003000543 A JP 2003000543A
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short
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ray
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フリードリッヒ フェルヒェル アドルフ
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バース ローランド
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Carl Zeiss Jena GmbH
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Carl Zeiss Jena GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】信号記録過程における縦方向および横方向の眼
の動きによる構造の測定誤差を惹き起こさない短コヒー
レンス干渉測定に基づく眼構造のトポグラフィック測定 【解決手段】縦方向の眼の動きによる影響は、参照光線
を測定光線とは関係なく角膜頂上に照準して、そこで反
射させることによって補正され、縦方向の眼の動きによ
る影響は、角膜頂上で反射した光をダイオードアレーま
たは四象限ダイオードにより方向別に記録することで横
方向の眼のポジションを点検し、それにより横方向の調
整ずれを見極め補正することで最小化する

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、角膜および水晶体
など眼の構造を対象に行なう眼科分野でのトポグラフィ
ック測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水晶体手術（例えば、白内障手術）およ
び角膜手術（屈折特性利用の角膜手術）など、外科的処
置の多様化にその特徴が覗われる眼科分野での新規開発
を契機に、眼の構造全体をトポグラフィックに定性追跡
する測定法の必要性が大きく高まっている。レイトレー
シングの概念領域では「例えば、文献：Ｒ．Ｎａｖａｒ
ｒｏ、Ｅ．ＭｏｒｅｎｏおよびＣ．Ｄｏｒｒｏｎｓｏｒ
ｏ著“Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．”（アメリカ光学学
会誌）、第１５巻（１９９８年刊）、２５２１〜２５２
９ページ」、確かに眼の変調伝達関数、延いては点像関
数を決定することのできる方法は幾つか知られている
が、しかしそれらの方法は眼の構成要素全体の総体的作
用を測定するだけで、個々の構成要素による影響、特に
個々の構成要素の精確な幾何学的事項については何の情
報も提供しない。ところが、どのような眼科手術が眼に
どのような作用を及ぼすのか、あるいは逆に、眼のどの
ような光学的要素からどのような影響が出てくるのかを
分析しようと思えば、光学作用をする全構成要素の精確
な幾何学的知識がなければならない。そのためには、眼
球内界面のトポグラフィを測定しなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】それに適した光学的方
法は、文献：Ａ．Ｆ．ＦｅｒｃｈｅｒおよびＣ．Ｋ．Ｈ
ｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ著“Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｅｒ
ｉｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ−Ｓ
ｐｒｉｎｇｅｒシリーズの光学−（Ｔ．Ａｓａｋｕｒａ
編）”第４巻（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ社刊／ベルリン、１９
９９年）に書かれているようなコヒーレンス・トポグラ
ムである。光コヒーレンス・トポグラムは、２光線干渉
計の参照アーム光学長走査において、対象物横方向（ｘ
方向）の隣接領域で、短コヒーレント干渉測定により縦
方向に計測した一連のｚ信号から得ることができる。引
用文献に記載されている方法の場合、測定光線と参照光
線は常に同軸で、眼の瞳孔中央を通過する。従って、そ
れは眼全体の各部分区間トポグラフィに適用できるわけ
ではなく、眼底の幾何学測定に適用できるだけである。
しかも、眼球軸を横切る横方向での調整ずれが測定誤差
を招来する。
【０００４】上記測定に適した別な光学的方法が、文
献：Ｊ．Ａ．Ｉｚａｔｔ、Ｍ．Ｒ．Ｈｅｅ、Ｄ．Ｈｕａ
ｎｇ、Ｊ．Ｇ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ、Ｅ．Ａ．Ｓｗａｎｓ
ｏｎ、Ｃ．Ｐ．ｌｉｎ、Ｊ．Ｓ．Ｓｃｈｕｍａｎ、Ｃ．
Ａ．Ｐｕｌｌａｆｉｔｏ著“ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ．”第
１８７７巻、１３６〜１４４ページ（１９９３年刊）に
記載されている。それは光コヒーレンストモグラフィ
（＝Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇ
ｒａｐｈｙ；ＯＣＴ）法と称されるものである。しかし
この方法は、信号記録過程における眼の動きが構造の計
測誤差に繋がる根本的な問題を抱えている。その場合、
特に眼球軸に沿った縦方向における動きが計測構造の深
部ポジションまたはｚ方向ポジションを誤らせることに
なる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の状況を踏まえて本
発明では、眼球軸に沿った縦方向および眼球軸を横切る
横方向の動きが、測定構造のポジションを誤らせること
のない、視軸外の位置をも含めて瞳孔の任意の点におけ
る縦方向での深部信号またはｚ信号が得られる２光線干
渉計の参照アーム光学長走査において、様々な瞳孔点で
短コヒーレント干渉測定された一連の深部信号に基づき
眼のコヒーレンス・トポグラフィ測定の実現のための装
置を技術課題に置いている。
【０００６】この課題は、一連の測定ポジションにおけ
る短コヒーレンス干渉計の測定光線を眼の瞳孔に向けて
放射させ、同時に参照光線を測定光線とは関係なく角膜
頂点に固定照準させて、そこで反射させることによって
解消される。その場合、参照光線における眼の縦方向の
動きはいずれも測定光線におけるのと同じ位相シフトを
惹き起こすので、コヒーレンス干渉測定に影響を及ぼす
ことがない。また、ダイオードアレーまたは四象限ダイ
オードの使用により、角膜頂点で反射した光を方向別に
記録することにより、眼の横方向ポジションが点検で
き、光線軸に対する眼の横方向における調整基準が得ら
れることになる。それにより、横方向の調整ずれが認識
でき、補正できる。最終的に測定光線を瞳孔の任意点へ
向けるためには、互に回転軸の直交する一対の転向ミラ
ーが利用される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下では本発明を図１および２に
従って説明する。図１はトポグラフィック式短コヒーレ
ンス干渉計の光路を描いたものである。例えばスーパル
ミネセントダイオードのような時間的にコヒーレントな
光源２の部分コヒーレントな光線１が干渉計を照射す
る。この光線はビームスプリッタ３で測定光線４と参照
光線５とに分離される。測定光線４は、回転式またはス
イング式（双方向矢印３０）の転向ミラー６により部分
反射プレート７の方向に向けられ、そこから対物レンズ
８を通されて眼９に導かれる。転向ミラー６は光学系８
の焦平面内の位置にある。
【０００８】この光線は眼の中では角膜１０、水晶体１
１などの様々な組織および房水１２、硝子体１３を通さ
れて眼底１４に誘導される。これらの組織、その界面お
よび眼底において入射測定光線４の来た方向へ反射した
光は、光線１５としてビームスプリッタ３まで測定光線
４と同じ道を辿るが、その方向は逆である。反射光線１
５はビームスプリッタ３を通過して光検出器１６に到
り、その光電信号Ｕを用いた公知の短コヒーレンス干渉
測定により、光線反射位置の縦方向深部ポジションが測
定される。
【０００９】２光線干渉計において、上記の従来型スー
パールミネセンスダイオードの代わりに短波長光線を放
射する短コヒーレント光源（例えば、ブルー光線レーザ
ダイオード）を使用すれば、眼球内組織の角膜１０、水
晶体１１、硝子体１３および眼底１４で反射した光線部
分（つまり光線１５）が一段と明瞭に描写される。その
場合では光検出器１６に現われる信号の振幅が増大する
ので、反射層の深部干渉測定をより精確に行なうことが
できる。
【００１０】参照光線５はビームスプリッタ２０を通過
し、参照ミラー２１で反射してビームスプリッタ２０か
ら次のビームスプリッタ４２および２２を通って部分反
射プレート７に達し、そこを通過して対物レンズ８によ
り角膜頂点２３に集束させられる。角膜頂点２３で反射
した参照光線束２４は参照光線５と同じ道を逆方向に辿
り、ビームスプリッタ３による反射で光検出器１６のほ
うへ導かれる。この光線束のうち、一部ビームスプリッ
タ２０を直線的に通過するものもあるので、観察者３１
が視覚により、参照光線５の軸に対して眼のセンタリン
グコントロールを行なうことができる。
【００１１】短コヒーレンス干渉測定の場合、参照光線
の光路長が走査される。即ち、いわゆる「ｚ走査」では
参照ミラー２１は参照光線５の軸に沿って双方矢印３２
の方向に動かされる。ビームスプリッタ３から角膜頂点
２３に到るまでの、およびその逆方向の参照光線５の波
長が、光線１のコヒーレンス長ｌｃ内でビームスプリッ
タ３から眼９の反射位置に到るまでの、およびその逆方
向でビームスプリッタ３に到るまでの測定光線４の光路
に等しければ、光検出器１６に干渉が現われる。
【００１２】参照ミラー２１の連続的シフトに伴って光
検出器１６に干渉が現われるが、対象物内における反射
位置のｚポジションがそれに基づいて記録される。ｚポ
ジションの測定は、利用される光のコヒーレンス長ｌｃ
≒λ２／Δλにより概略表わされる精度で行なわれる。
ここで、λは平均波長、Δλは利用される光線の波長帯
域幅である。ｘ座標の追求には対象物をｘ方向に動かす
か、あるいは回転式またはスイング式転向ミラー６によ
り測定光線を対象物のｘ座標に照準して走査させる。そ
れにより、測定光線４は眼の視軸２７に対して垂直方向
に移動する（双方矢印３３）。
【００１３】角膜頂点から逆戻りした光線束２４は、さ
らにビームスプリッタ２２で反射して光学系２５に到達
する。光学系２５は光学系８と共に、角膜頂点２３で形
成された参照光線５の光点像をダイオードアレー、例え
ば四象限ダイオード２６上に投射する。それにより、角
膜で反射した光線束の指向性記録を得ることができる。
つまり、参照光線５が眼の視軸２７上にあれば、ダイオ
ードアレーに回転対称の光点が現われる。参照光線５が
眼の光学軸２７外にあれば、反射光線もそれに相応して
脇に逸れ、光検出器アレー２６における光点の光度分布
は眼の回転対称から逸脱している。
【００１４】ダイオードアレーにおける信号の大きさか
ら、参照光線５の軸に対する眼のセンター度を判定する
ことができる。この信号はセンター度の調整に利用する
こともできる。例えばそれを基に、干渉計を眼に対して
相対的に移動させることができる。および／または閾値
を越えれば短コヒーレント干渉により測定されたｚ信号
の記録を中断することができる。このようにして、眼の
横方向での調整ぶれによる測定誤差はドラスティックに
減少させることができる。さらに付け加えると、参照光
線５の代わりに参照光線と同軸の別な反射光線もセンタ
ー度の調整に利用することができる。そのような光線は
ランプ４０で生成させ、光学系４１で視準化させてビー
ムスプリッタ４２により参照光線５の軸と同軸に反射さ
せることができる。
【００１５】測定構造のｚポジションを誤らせることに
なる眼の軸に沿った縦方向の動きは、本発明に基づく装
置によれば参照光線５が角膜頂点で反射するので解消さ
れる。その場合、参照光線下における眼の縦方向の動き
はいずれも測定光線下におけるのと同じ位相シフトをも
たらしている。それにより、測定した対象物に対する構
造解釈も簡易化される。即ち、短コヒーレント干渉で測
定したｚ信号はすべて、角膜頂点２３で接する平面３４
にその参照点を有している。
【００１６】眼におけるトポグラフィックデータの計測
記録は、２次元または３次元で行なうことができる。２
次元のデータ計測記録では、図２の直線６０上に並ぶ点
６１が暗に示しているように、測定ポジションは直線に
沿って、例えば瞳孔直径に沿って等間隔に配置すること
ができる。尚、６２は瞳孔辺縁部である。そのようにし
て、文献：Ａ．Ｆ．ＦｅｒｃｈｅｒおよびＣ．Ｋ．Ｈｉ
ｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ著“Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｅｒｉ
ｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ−Ｓｐ
ｒｉｎｇｅｒシリーズの光学−（Ｔ．Ａｓａｋｕｒａ
編）”第４巻（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ社刊／ベルリン、１９
９９年）に示されているような、図１に基づくトポグラ
ムが得られる。
【００１７】３次元のデータ計測記録では、測定ポジシ
ョンは瞳孔面全体に亘って（ｘ座標、ｙ座標）、例えば
等間隔に分布させるか、あるいは瞳孔全体に櫛山状にま
たは雷文模様状に分布させることもできる。そうするこ
とにより、短コヒーレンス干渉測定によるｚ座標とで、
例えば角膜表面および水晶体表面の３次元座標を得るこ
とができる。そのようなトポグラフィックデータ計測記
録を実現するためには、測定光線は（２次元）瞳孔の任
意の場所に向けることができなければならない。これ
は、図３に描かれているような、その回転軸が互に垂直
な位置関係にある一対の走査ミラー７２および７２’に
よって可能である。図３では、例えばミラー７２の回転
軸は図平面にあって、ミラー７２’の回転軸は図平面に
垂直な位置にある。
【００１８】最後に付け加えておくが、参照光線の走査
は、ミラー２１の移動以外の方法でも、例えば特許出願
Ａ（オーストリア）４７２／９９「周期的作動型光学波
長変調器」に記載されているような装置によっても行な
うことができる。また、参照アームの光学長走査は、図
４に描かれているように測定アームの光学長走査に代え
ることができる。その場合、測定光線４は転向ミラー５
０により屋根型プリズム５１のほうへ反射させられ、そ
こで逆方向に方向転換し、転向ミラー５２を通ってその
後さらに転向ミラー６に到る。ここでは測定アームの光
学長走査は、屋根型プリズム５１の双方矢印５３方向へ
の動きにより行われる。
【００１９】本発明のまた別な有利な実施形態として、
２光線干渉計において短波長光線放射型の短コヒーレン
ト光源２（例えば、ブルー光線レーザダイオード）を使
用する場合がある。それによると、眼球内組織の角膜１
０、水晶体１１、硝子体１３および眼底１４で反射した
光線部分（つまり光線１５）は、現状技術に基づき近赤
外線光源の使用される従来型短コヒーレンス干渉計によ
る場合より一段と明瞭に表示される。その方法で得られ
た信号は振幅が大きいので、反射層の検出や、そのほか
干渉計による深部測定がより精確に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法の基本原理。
【図２】等距離に配置された眼の測定点。
【図３】眼の瞳孔各点に対する測定光線の照準可能性。
【図４】参照光線の光学長を走査する代わりに対象物光
線の光学長を走査する代替方法。
【符号の説明】
１ 部分コヒーレント光線 ２ 時間的コヒーレント光源 ３ ビームスプリッタ ４ 測定光線 ５ 参照光線 ６ 回転式またはスイング式転向ミラー ７ 反射プレート ８ 対物レンズ ９ 眼 １０ 角膜 １１ 水晶体 １２ 房水 １３ 硝子体 １４ 眼底 １５ 反射光線 １６ 光検出器 ２０,２２ ビームスプリッタ ２１ 参照ミラー ２３ 角膜頂点 ２４ 反射参照光線 ２５ 光学系 ２６ 四象限ダイオード（光検出器アレー） ２７ 眼の視軸 ３０ 回転式またはスイング式の転向ミラー ３１ 観察者 ３２ 参照光線の転向方向 ３３ 測定光線の移動方向 ３４ 角膜頂点での接する平面 ４０ 光源 ４１ 光学系 ４２ ビームスプリッタ ５０,５２,７０ 転向ミラー ５１,７１ 屋根型プリズム ５３ 屋根がタプリズムの移動方向 ７２ 走査ミラー ７３ 走査ミラーの回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローランド バース ドイツ国 07743 イエナ アム ハング ５

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一連の測定ポジションにおける短コヒーレ
    ンス干渉計の測定光線を、眼の瞳孔に向けて放射させ、
    同時に参照光線を測定光線とは関係なく角膜頂点に固定
    照準させて、そこで反射させることを特徴とする、 ２光線干渉計の参照アーム光学長走査において、様々な
    瞳孔点で短コヒーレント干渉測定された一連の深部信号
    に基づく眼のコヒーレンス・トポグラフィ測定のための
    装置
  2. 【請求項２】ダイオードアレーまたは四象限ダイオード
    の使用により、角膜頂点で反射した光を方向別に記録す
    ることで、眼の横方向ポジションが点検され、光線軸に
    対する眼の横方向における調整基準が得られることを特
    徴とする請求項１に記載の装置
  3. 【請求項３】２光線干渉計の短コヒーレント光源が、短
    波長光線を放射することを特徴とする請求項１または２
    に記載の装置
JP2002147222A 2001-06-11 2002-05-22 眼のコヒーレンス・トポグラフィック・レイトレーシング測定のための装置 Expired - Fee Related JP4021242B2 (ja)

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