(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
角膜マッピングのためのサンプルビーム経路（２５０）と、基準ビーム経路（２７０）及び検出ビーム経路（２６５）とを有し、干渉信号が前記サンプルビーム経路及び基準ビーム経路からの戻り信号を重ねることによって生成される干渉計と、前記検出ビーム経路（２６５）内に配置された検出器（２７５）と、前記基準ビーム経路（２７０）の長さを変更する基準経路長さ変更手段（２９０）と、前記サンプルビーム経路からのサンプルビームを走査するラスタ走査手段（５、６）と、前記ラスタ走査手段（５、６）と前記基準経路長さ変更手段（２９０）及び前記検出器（２７５）とに結合する解析手段（２１０）とを備えた光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置において、
前記解析手段は、
ａ）前記ラスタ走査手段（５、６）に、前記角膜の複数の点に前記サンプルビーム経路（２５０）からのサンプルビームを位置づけるよう横断走査させるとともに、
ｂ）前記基準経路長さ変更手段（２９０）に、前記角膜の奥行走査を行うため、前記ラスタ走査の複数の点で所定量にわたって前記基準ビーム経路（２７０）の長さを変更させて、
ｃ）前記横断及び奥行走査の各点において、前記検出器（２７５）によって検出された干渉信号から角膜マッピングを確定するよう構成されており、
さらに、前記サンプルビーム経路（２５０）は、その経路内に湾曲ミラー（７）を有しており、この湾曲ミラーが前記目の角膜に対して同心配置されていることを特徴とする光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項２】
前記基準経路長さ変更手段は、基準ビーム経路（２７０）中に配置されたヘリカル基準ミラー（２９０）から構成されている請求項１記載の光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）角膜マッピング装置。
【請求項３】
前記ラスタ走査手段（５、６）は複数の直交するように取付けられたミラーから構成されている請求項１または２記載の光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項４】
目を赤外線放射によって照射する手段と；
赤外線放射を検出する手段（１１５）と；
該検出する手段（１１５）からの出力に応答して目の画像を表示する手段とをさらに具備する請求項１、２または３記載の光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項５】
角膜マッピングのためのサンプルビーム経路（５４２）と、基準ビーム経路（５４１）及び検出ビーム経路とを有し、干渉信号が前記サンプルビーム経路及び基準ビーム経路からの戻り信号を重ねることによって生成される干渉計と、前記検出ビーム経路内に配置された検出器（２７５）と、前記基準ビーム経路（５４１）の長さを変更する基準経路長さ変更手段（２９０、５５０）と、前記サンプルビーム経路からのサンプルビームを走査するラスタ走査手段（５６５、５６６）と、前記ラスタ走査手段（５６５、５６６）と前記基準経路長さ変更手段（２９０、５５０）及び前記検出器（２７５）とに結合する解析手段（２１０）とを備えた光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置において、
前記解析手段は、
ａ）前記ラスタ走査手段（５６５、５６６）に、前記角膜の複数の点に前記サンプルビーム経路（５４２）からのサンプルビームを位置づけるよう横断走査させるとともに、
ｂ）前記基準経路長さ変更手段（２９０、５５０）に、前記角膜の奥行走査を行うため、前記ラスタ走査の複数の点で所定量にわたって前記基準ビーム経路（５４１）の長さを変更させて、
ｃ）前記横断及び奥行走査の各点において、前記検出器（２７５）によって検出された干渉信号から角膜マッピングを確定するよう構成されており、
さらに、前記基準経路長さ変更手段（２９０、５５０）は、前記目の角膜の湾曲に応じた長さとなるよう前記基準ビーム経路の長さを変更するよう構成されていることを特徴とする光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項６】
前記基準経路長さ変更手段は、基準ビーム経路（５４１）中に配置されたヘリカル基準ミラー（２９０）から構成されている請求項５記載の光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）角膜マッピング装置。
【請求項７】
前記基準経路長さ変更手段は、基準ビーム経路中に配置された移動自在の反射手段（５５０）をさらに具備する請求項５または６記載の光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）角膜マッピング装置。
【請求項８】
前記移動自在の反射手段（５５０）は逆反射体から構成され且つ前記基準経路長さ変更手段はその逆反射体手段を移動させる検流計手段（５３２）をさらに具備する請求項７記載の光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）角膜マッピング装置。
【請求項９】
前記ラスタ走査手段は複数の直交するように取付けられたミラーから構成されている請求項５〜８のいずれか一項記載の光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項１０】
目を赤外線放射によって照射する手段（８０）と；
赤外線放射を検出する手段（１１５）と；
この検出する手段（１１５）からの出力に応答して目の画像を表示する手段とをさらに具備する請求項５〜９のいずれか一項記載の光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項１１】
前記解析手段は、（ａ）前記干渉信号の一つ又は複数の最大値を検出するとともに、（ｂ）それらの最大値を角膜の一つ又は複数の面に関連づけ、かつ（ｃ）その１つ又は複数の面の輪郭マップを形成する手段を具備する請求項１〜１０のいずれか一項記載の光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項１２】
前記解析手段は、前記一つ又は複数の面のうち少なくとも２つの面の間の距離を確定する手段をさらに具備する請求項１１記載の光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置。
【請求項１３】
基準ビーム経路中に配置されたヘリカル基準ミラー手段から構成され、目の奥行走査を行うため前記基準ビーム経路を変更する手段を有する光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）装置と；
該ＯＣＴ装置からのサンプリング光学出力をラスタ走査するラスタ走査手段と；
該ラスタ走査手段からのサンプリング光学出力を目へ転送し且つ目から反射されたサンプリング光学出力をラスタ走査手段を介してＯＣＴ装置に戻す湾曲ミラー手段と；
前記ラスタ走査手段と、前記基準ビーム経路を変更する手段と、前記ＯＣＴ装置からの基準ビーム及びサンプリング光学出力とに結合して、（ａ）前記ラスタ走査手段に前記サンプリング光学出力をラスタ中の複数の点へ移動させ、（ｂ）前記基準ビーム経路を変更する手段に前記基準ビーム経路の長さを各々の点で所定の量だけ変更させ、且つ（ｃ）ラスタ中のそれらの点における基準ビーム及びサンプリング光学出力から角膜マッピングを確定させる解析手段とを具備する光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）角膜マッピング装置。
【請求項１４】
目の奥行走査を行うため基準ビーム経路を変更する第１の変更手段と、目の湾曲に対応した走査を行うため前記基準ビーム経路を変更する第２の変更手段を有している光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）装置と；
該ＯＣＴ装置からのサンプリング光学出力をラスタ走査し且つ目から反射されたサンプリング光学出力を前記ＯＣＴ装置に戻すラスタ走査手段と；
前記ラスタ走査手段と、前記第１、第２の変更手段及び前記ＯＣＴ装置からの基準ビーム及びサンプリング光学出力とに結合して、（ａ）前記ラスタ走査手段に前記サンプリング光学出力をラスタ中の複数の点へ移動させ、（ｂ）前記第１の変更手段に前記基準ビーム経路の長さを各々の点で所定の量だけ変更させ、（ｃ）１つ又は複数の点から得られた基準ビーム及びサンプリング光学出力に応答して、前記第２の変更手段に前記基準ビーム経路の長さを変更させ、且つ（ｄ）ラスタ中のそれらの点における前記基準ビーム及びサンプリング光学出力から角膜マッピングを確定させる解析手段とを具備する光学コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角膜マッピング装置に関し、特に光学コヒーレンス断層撮影角膜マッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、屈折矯正的手術は、角膜の屈折力を変化させるために角膜の切開を行うことにより屈折異常を修正することを第１の目的とする外科手順である。角膜の形状を外科操作するためには、頂点から縁までの前部角膜曲率を測定する正確且つ精密な方法が必要である。現在、角膜の中心の曲率の測定は一般には角膜計を使用して実施されており、角膜形態（ｃｏｒｎｅａｌ  ｔｏｐｏｇｒａｎｐｈｙ）をさらに精密に測定するためには、光角膜鏡検査又はビデオ角膜鏡検査を利用するのが一般的である。
【０００３】
現在の角膜形態測定の大半は、プラシドディスク系ビデオ角膜鏡である。そのような装置においては、角膜から反射した像が空間の中で実質的に平坦になるように、円錐形のハウジングの上に一連の同心リングが構成されている。そこで、それらのリングの形状を解析して、角膜形態を確定する。この種の従来の装置の１つは、Ｍ．Ｇ．Ｔｏｗａｓｌｅｙによる論文「Ｎｅｗ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｃｏｎｔｏｕｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｈｕｍａｎ  Ｃｏｒｎｅａ」（Ｃｏｎｔａｃｔｏ，１１（４），１９６７年刊、７２〜８１ページ）の中で説明されている。そのようなビデオ角膜鏡は、（ａ）角膜の半径が小さい（〜８ｍｍ）ために、角膜上で分解可能であるリングの数が限られること（通常、測定できる輪郭は角膜上の直径０．８ｍｍから１１ｍｍの範囲の領域に限定される）；（ｂ）リング間では情報が得られないこと；及び（ｃ）リングを使用しているため、眼科外科用顕微鏡と関連して使用したときにインライン測定が非常に困難であることという欠点を有する。Ｓ．Ｂ．Ｈａｎｎｕｓｈ，Ｓ．Ｌ．Ｃｒａｗｆｏｒｄ，Ｇ．Ｏ．Ｗａｒｉｎｇ  ＩＩＩ  ，Ｍ．Ｃ．Ｇｅｍｍｉｌｌ，Ｍ．Ｊ．Ｌｙｎｎ及びＡ．Ｎｉｚａｍによる論文「Ａｃｃｕｒａｃｙ  ａｎｄ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｋｅｒａｔｏｍｅｔｒｙ，Ｐｈｏｔｏ−ｋａｒａｔｏｓｃｏｐｙ，ａｎｄ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｎ  Ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ  Ｓｔｅｅｌ；Ｂａｌｌｓ」（Ａｒｃｈ．Ｏｐｈｔａｌｍｏｌ．，第１０７巻、１９８９年８月刊、１２３５〜１２３９ページ）は、これらの従来の方法や装置を比較している。
【０００４】
別の角膜形態測定装置は、近年、ＰＡＲ  Ｍｉｃｏｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏ．により開発されている。この装置はラスタ写真測量を利用して、角膜形態を測定する。この装置では、角膜の上へ格子パターンを投影する。次に格子パターンを観測し、オフセット角度からパターンの画像を形成する。最後に、格子パターン中の個々の点の各々における角膜高さを投影格子パターンの画像と、その幾何学形状に関連する情報とを使用して計算する。この装置は、Ｍ．Ｗ．Ｂｅｒｌｉｎによる論文「Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｒａｓｔｅｒ  ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ−ｔｈｅ  ＰＡＲ  Ｃｏｒｎｅａｌ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」（Ｊ．Ｃａｔａｒａｃｔ  Ｒｅｆｒａｃｔ  Ｓｕｒｇ．，第１９巻、補遺、１９９３年刊、１８８〜１９２ページ）の中で説明されている。この装置においては、結像光学系によって分解できる投影格子パターンの画像中の点の数が限られてしまうので、角膜形態測定に欠陥が生じる。
【０００５】
さらに、角膜の背面は角膜の総屈折力の約１４％を失わせる働きをするので、場合によっては、前部角膜形態それ自体が屈折矯正的手術手順で使用するのに十分な情報を提供しないことも知られている。このため、現在の角膜形態測定装置によっては得ることのできない精密さをもつ角膜形態測定装置を獲得することがより一層重要になっている。
【０００６】
近年、上述の従来の眼科用測定装置と比べて利点を有する新たな眼科用測定装置である光学コヒーレンス断層撮影（「ＯＣＴ」）装置が開示されている。ＯＣＴ装置は、白色光インターフェロメトリの原理に基づく距離測定のための短コヒーレンス光源を使用する。ＯＣＴは、近年、いくつかの眼科分野で適用するために提案されている。たとえば、刊行を目指して提出されたＪ．Ａ．Ｉｚａｔｔ，Ｍ．Ｒ．Ｈｅｅ，Ｅ．Ａ．Ｓｗａｎｓｏｎ，Ｃ．Ｐ．Ｌｉｎ，Ｄ．Ｈｕａｎｇ，Ｊ．Ｓ．Ｓｃｈｕｍａｎ，Ｃ．Ａ．Ｐｕｌｉａｆｉｔｏ及びＪ．Ｇ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏによる論文の校正用原稿「Ｍｉｃｒｏｎ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｎｔｅｒｉｏｒ  Ｅｙｅ  ｉｎ  Ｖｉｖｏ  ｗｉｔｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」（１９９４年、１〜２４ページ、以下「Ｉｚａｔｔ他文献」という）の中にそのような提案がなされている。この原稿は光ファイバ技術と、超発光レーザーダイオード源とを利用するＯＣＴ装置を開示しており、ＯＣＴ装置は１０〜２０μｍの空間分解能をもって眼中構造の画像を形成するスリットランプ形生物顕微鏡とインタフェースしている。校正用原稿は（ａ）目の輪郭寸法、光学的散乱及び角膜内構造と、（ｂ）前部角度領域と、（ｃ）虹彩と、（ｄ）水晶体とに対する直接、顕微分解能測定を実行するためのＯＣＴ装置の使用を開示する。原稿は（ａ）角膜の背面から水晶体の前部被膜までの視軸に沿った距離として定義されている前房奥行と、（ｂ）角膜の背面と前面の曲率半径と、（ｃ）角膜の屈折力と、（ｄ）厚さなどの角膜寸法とを測定するためのＯＣＴ装置の使用をさらに開示している。また、このＯＣＴ装置は安価なダイオードレーザー源と光ファイバを使用して実現されているために、既存の眼科用計器類との間に互換性をもっていることも開示されている。最後に、この校正用原稿はＯＣＴについて適用可能と思われる医療分野に関して、（ａ）角膜、前部角度領域及び虹彩の病理を明確にする際に使用するために並びに眼中質量又は腫瘍を識別し且つ監視するときに使用するために前房全体の横断面画像を形成すること、（ｂ）前房の奥行、角膜の曲率及び角膜の屈折力を測定すること、及び（ｃ）角膜の病理の定量解析のために角膜の厚さの変化と、角膜基質における散乱の分布とを示す高分解能画像を形成することを示唆している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したＯＣＴ装置には２つの大きな欠点がある。上述の装置の第１の大きな欠点は、数秒間にわたる上記のデータ収集時間は、目の嚢運動が生体内測定を妨害すると考えられることから、角膜を生体内測定を行うには長すぎるということである。事実、実際には、嚢運動による妨害を排除するために、０．１秒未満のデータ収集時間が要求される。
【０００８】
上述の装置の第２の大きな欠点は、ＯＣＴ信号の信号対雑音比が後方散乱光のショット雑音により確定され、そのショット雑音は検出される光子の平均数によって決まるということである。より輝度の高いＯＣＴビームを使用するか、又はサンプリング点ごとにより長い積分時間を利用することによって、検出光子の数を増加できる。それら２つの方法のいずれにも問題がある。たとえば、人間の目の角膜におけるＯＣＴビームの最大許容パワーはＡＮＳＩ規格によって制限、調整される。第２に、サンプリング点ごとの積分時間を長くすると、所定のサンプリング点の数に対する収集時間は長くなり、先に論じたデータ収集の問題はさらに悪化してしまう。
【０００９】
以上の説明に照らせば、当該技術においては、先に挙げた問題を解決し且つ角膜の三次元構造を再構成するためのデータ収集を急速にし、雑音を低く抑えた角膜マッピング装置が必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施の形態は、角膜の三次元構造を再構成するためにデータ収集を急速にし且つ雑音を低く抑えることにより、当該技術における上記の問題を解決する光学コヒーレンス断層撮影（「ＯＣＴ」）角膜マッピング装置から成る。詳細にいえば、本発明の第１の面の実施の形態は（ａ）基準ビーム経路を変更する手段を有するＯＣＴ装置と；（ｂ）ＯＣＴ装置からのサンプリング光学出力をラスタ走査するラスタ走査手段と；（ｃ）ラスタ走査手段からのサンプリング光学出力を目へ転送し且つ目から反射されたサンプリング光学出力をラスタ走査手段を介してＯＣＴ装置に戻す湾曲ミラー手段と；（ｄ）ラスタ走査手段と、変更する手段と、ＯＣＴ装置からの基準及びサンプリング出力とに結合して、（ｉ）  ラスタ走査手段にラスタ中の複数の点へサンプリング光学出力を移動させ、（ｉｉ）変更する手段に各々の点において基準ビーム経路の長さを所定の量だけ変更させ、且つ（ｉｉｉ）  ラスタ中のそれらの点における基準及びサンプリング出力から角膜マッピングを確定する解析手段とを具備するＯＣＴ角膜マッピング装置である。
【００１１】
本発明の第２の面の例は（ａ）基準ビーム経路の長さを変更する手段から構成されているＯＣＴ装置と；（ｂ）ＯＣＴ装置からのサンプリング光学出力を目に沿ってラスタ走査し且つ目から反射されたサンプリング光学出力をＯＣＴ装置に戻すラスタ走査手段と；（ｃ）ラスタ走査手段と、変更する手段と、ＯＣＴ装置からの基準及びサンプリング出力とに結合して、（ｉ）  ラスタ走査手段にサンプリング光学出力をラスタ中の複数の点へ移動させ、（ｉｉ）変更する手段に基準ビーム経路の長さを各々の点で所定の量だけ変更させ、（ｉｉｉ）  変更する手段に１つ又は複数の点で得られる基準及びサンプリング出力に応答して基準ビーム経路の長さを変更させ、且つ（ｉｖ）ラスタ中のそれらの点における基準及びサンプリング出力から角膜マッピングを確定する解析手段とを具備するＯＣＴ角膜マッピング装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に従えば、走査する角膜の体積が角膜に属さない目の前房の他の部分と比較して小さくなるようにサンプリングされるボリュームを縮小することにより本発明の角膜マッピング装置のデータ収集時間を短縮している。
【００１３】
図１は、光学コヒーレンス断層撮影（「ＯＣＴ」）角膜マッピング装置１００を構成する本発明の第１の実施の形態を略画の形で示す。図１に示すように、ＯＣＴ角膜マッピング装置１００はＯＣＴ干渉計１を具備する。ＯＣＴサンプルビームはＯＣＴ干渉計１から単一モードファイバ２５０を介して出力される。単一モードファイバ２５０から出力したＯＣＴサンプルビームはコリメータレンズ３によってコリメートされ、ミラー４により偏向されてスキャナミラー５に入射する。その後、ＯＣＴサンプルビームはスキャナミラー５によりスキャナミラー６に向かって反射され、さらに、スキャナミラー６により反射されて、湾曲ミラー７に向かう。続いて、ＯＣＴサンプルビームは湾曲ミラー７により反射されて、目８に到達する。
【００１４】
図２は、ＯＣＴ干渉計１の光ファイバの一実施の形態を略画の形で示す。図２に示す通り、ＯＣＴ干渉計１はＣＷ放射源２２０、たとえば、出力の中心がほぼ８５０ｎｍにある超発光レーザーダイオードを具備する。放射源２２０からの出力は光ファイバ２３０に結合し、５０／５０カップラ２４０により２本のビームに分割される。５０／５０カップラ２４０からの出力は光ファイバ２５０と、光ファイバ２７０とにそれぞれ結合する。光ファイバ２７０からの出力はレンズ２８０によりヘリカル基準ミラー２９０に結像され、光ファイバ２５０からの出力は先に説明したように目８に入射すべく誘導される。その後、目８から反射した放射は元の光ファイバ２５０に戻り５０／５０カップラ２４０によってヘリカル基準ミラー２９０から反射されて光ファイバ２７０に戻った放射と重ね合わされる。５０／５０カップラ２４０から出力される重ね合わせ放射は光ファイバ２６５に結合する。周知のように、光路差が放射源２２０のコヒーレンス長より小さければ、被検体（目８）から反射される放射と、ヘリカル基準ミラー２９０から反射される放射との間に干渉が起こっている。図３に示す通り、ヘリカル基準ミラー２９０は当業者には良く知られている手段によってほぼ一定の速度で回転されるので、その結果、干渉は光検出器２７５により発生される検出器信号の周期的変化として検出される。その周期的変化はヘリカル基準ミラー２９０の回転の周波数と等しい周波数を有する。ヘリカル基準ミラー２９０のヘリカル面は式
Ｚ＝ｈφ／２ＩＩ
によって表わされる。式中、ｈはヘリカル面の段高さであり、φは回転方位角である。周知のように、ヘリカル基準ミラー２９０を回転させると、ＯＣＴ干渉計１の基準アーム長は周期的に変化する。図４は、ヘリカル基準ミラー２９０の回転によって発生する光路長変化と、時間との関係を示すグラフである。本発明に従えば、ヘリカル面の高さｈは、ＯＣＴ干渉計１の基準アームの光路長変化によって行われる奥行走査が角膜の厚さ程度となるように選択されている。これにより、走査ボリュームは小さくなるので、角膜マッピングのために要求されるデータ収集時間は短縮される。本発明によれば、ヘリカル基準ミラーを非常に速く回転させることができ、そのため、データ収集時間を短くできるので、ヘリカル基準ミラーの使用は有利である。
【００１５】
図２に示す通り、（ａ）光検出器２７５からの出力は復調のために復調器２８５に入力として印加され、（ｂ）復調器２８５からの復調出力はアナログ／デジタル変換器２９５（Ａ／Ｄ２９５）に入力として印加されて、デジタル信号に変換され、（ｃ）Ａ／Ｄ２９５からのデジタル信号出力は解析のために入力としてコンピュータ２１０に印加される。本発明に従えば、光検出器２７５から出力した干渉信号は、被検体（目８）から反射される放射と、ヘリカル基準ミラー２９０から反射される放射との光路差が放射源２２０のコヒーレンス長より大きくなると、直ちに消滅する。
【００１６】
図１に戻って説明すると、ＯＣＴビームの横走査を実行するために、スキャナミラー５及び６は直交するように取り付けられており、走査のための一対の検流計（図示せず）に装着されている。その一対の走査用検流計と、ヘリカル基準ミラー２９０を回転させるモータとは、当業者には良く知られている方式によりコンピュータ２１０の制御の下に動作される。これにより、装置の幾何学的構成から三次元座標をコンピュータ２１０が確定することを可能にする情報がコンピュータ２１０に提供される。すなわち、スキャナミラー５及び６はラスタ走査を実行し、ヘリカル基準ミラー２９０は奥行走査を実行する。
【００１７】
本発明に従えば、図１に示すように、湾曲ミラー７の半径は、走査ビームの主要光線が常に目８の角膜の湾曲の中心１５を通過するように選択されている。光ファイバ２５０から出力されたＯＣＴサンプルビームがスキャナミラー５及び６により横走査されるにつれて、５０／５０カップラ２４０から目８の前方に点線で示した曲線７１に至る光路の長さは、スキャナミラー６のあらゆる位置に対して一定である。さらに、この一定の光路長は５０／５０カップラ２４０から定位置２９１のヘリカル基準ミラー２９０まで、すなわち、ヘリカル基準ミラー２９０の高い地点までの光学的距離と等しい。加えて、点線の曲線７２は定位置２９２に関わる、すなわち、ヘリカル基準ミラー２９０の低い地点に関わる等しい光路長の曲線を表わしている。スキャナミラー５及び６により規定される横位置ごとに、ヘリカル基準ミラー２９０は３６０度回転されて、２ｈの距離、すなわち、点線の曲線７１と曲線７２との間の距離にわたる奥行走査を実行する。奥行走査中、コンピュータ２１０が受信するＯＣＴ信号は、各々の横位置における角膜の構造を場所規定するために使用されるデータを提供する。これから容易にわかるように、本発明に従えば、ヘリカルミラーを使用し且つ奥行走査を２ｈに等しい距離に短縮することによってデータ収集時間は短縮されている。本発明によれば、２ｈは角膜の厚さをカバーするために必要な最短距離となるように調整されている。
【００１８】
本発明に従えば、目８の虹彩と共役する位置に配置されているＣＣＤカメラ１１５を使用して目８を監視する。図１に示すように、赤外線放射源８０からの赤外線光は目８を照明する。赤外線放射源８０は、たとえば、白熱灯を赤外線フィルタによってフィルタリングすることにより得られる。赤外線光で照明されている目８の虹彩をレンズ１３５により湾曲ミラー７にあるノッチフィルタ２０を通してＣＣＤ１１５に結像する。本発明によれば、ノッチフィルタ２０はＯＣＴサンプルビームの波長、たとえば、８５０ｎｍにほぼ等しい波長の放射を約９０％の反射率（約１０％の透過率）をもって反射し且つ目８を照明する赤外線光を透過する。ＯＣＴサンプルビームの波長の放射に対する湾曲ミラー７の残る部分の反射率も約９０％である。ＣＣＤカメラ１１５が形成する画像は目８と、虹彩及び角膜の頂点へのＯＣＴサンプルビームの走査トレースとを示す。ＯＣＴサンプルビームの走査トレースの画像は、ノッチフィルタ２０を通して透過されてくる目８からの反射放射によって形成される。反射ＯＣＴサンプルビームの透過率が低いとしても、ＣＣＤカメラ１１５は８５０ｎｍ程度の波長の放射に対して非常に高い感度を示すので、走査トレースの画像を形成することができる。図６は、ＯＣＴ角膜マッピング装置１００が形成する走査パターンを略画の形で示す。図６はＯＣＴサンプルビームの走査トレース３００〜３５０と、虹彩３６０と、瞳３７０とを示す。瞳３７０からの反射は非常に少ないため、ＣＣＤ画像は瞳３７０を暗色により示し、その周囲を明るい色の虹彩３６０が包囲することになる。さらに、ＯＣＴサンプルビームの走査トレース３００〜３５０の画像は、走査トレースが瞳３７０（角膜の頂点を除く）に相当する領域を通過する暗色部分と、走査トレースが虹彩３６０に相当する領域を通過するときの明色部分とを示す。その結果、ＯＣＴサンプルビームの走査トレースが瞳３７０の中心を通過するように手動操作で装置１００を位置決めし直すことができる。加えて、縁検出により瞳３７０の中心を確定するために、ＣＣＤカメラ１１５が形成した画像をコンピュータ２１０によって解析することができ、それに対応して走査トレースの位置を調整できる。
【００１９】
奥行走査中に収集されたデータに応答して、コンピュータ２１０は１つの横断走査点における角膜の様々な部分を様々な信号強さ最大値を検出することにより識別する。本発明によれば、スキャナミラー５及び６は、コンピュータ２１０からの命令に従って、角膜のラスタＯＣＴ走査、すなわち、横断走査を実行し、ＯＣＴ干渉計１は、コンピュータ２１０からヘリカル基準ミラー２９０への命令に従って、角膜の奥行ＯＣＴ走査を実行する。その結果をコンピュータ２１０により解析して、（ａ）角膜前面輪郭、（ｂ）角膜背面輪郭及び（ｃ）角膜の厚さなどの角膜形態測定値を得る。たとえば、屈折矯正的手術手順の間又はコンタクトレンズ装着時などの角膜屈折力のオンライン監視のために、それらのデータを使用できる。本発明のこの第１の面の一実施の形態では、角膜の所定の面に対応する信号最大値を識別することを目的として、コンピュータ２１０に閾値を入力する。そこで、コンピュータ２１０は最大値を越えるレベルを有する信号を所定の面と対応させ、ラスタ走査におけるＯＣＴサンプルビームの位置から空間内の面の空間座標を捕捉すると共に、奥行走査におけるヘリカル基準ミラー２９０の位置からそれらの面の奥行座標を捕捉する。それらの空間内座標をコンピュータ２１０に記憶させる。奥行走査中に角膜前面と角膜背面により発生される信号ピークの空間差と、たとえば、屈折率などの角膜の周知の光学的特性とから角膜の厚さを確定することができる。ラスタ走査が完了すると、コンピュータ２１０は面の空間座標の当てはめを実行して、角膜前面と角膜背面の輪郭線を規定する。次に、それらの面輪郭線を利用して、角膜の背面と前面の曲率を測定し、そこから角膜の屈折力の測定を実行する。
【００２０】
図５は、ＯＣＴ角膜マッピング装置５００から成る本発明の第２の実施の形態を略画の形で示す。図５に示すように、ＯＣＴ角膜マッピング装置５００はＣＷ放射源２２０、たとえば、出力の中心を約８５０ｎｍとする超発光レーザーダイオードを具備する。放射源２２０からの出力はビームスプリッタ５４０へ向かって導かれる。ビームスプリッタ５４０はその出力を逆反射体５５０に向かって導かれる基準ビーム５４１と、スキャナ装置に向かって導かれるサンプルビーム５４２とに分割する。スキャナ装置は、一対の検流計（図示せず）に互いに直交するように取り付けられた検流計駆動形スキャナミラー５６５及び５６６から構成されている。スキャナミラー５６５及び５６６は当業者には良く知られている方式で、コンピュータ２１０の制御の下に動作される。スキャナミラー５６５及び５６６から形成されるラスタスキャナはスキャナレンズ３１の後部焦平面に位置している。これにより、様々な走査位置にあって走査サンプルビーム５４２の主光線が平行であるようなテレセントリックな光学構成が得られる。さらに、このテレセントリックな光学構成は、角膜における走査長さがＺ方向、すなわち、図５に矢印１０００により示す方向に沿って角膜とは無関係となるように保証する。ところが、ラスタ走査に関わる「光路長の等しい面」は図５に点線の曲線５７１により指示している平面である。平面５７１が角膜の幾何学的形状には適応しないという点でこれは不利であり、走査ボリュームとデータ収集時間が角膜マッピングを確定するために要求されるものより多くなる結果を招く。本発明に従えば、ラスタ走査の様々な位置で基準ビーム５４１の光路長を変化させることにより、走査ボリュームは減少する。これは、基準ビーム５４１の光路長をＯＣＴサンプルビーム５４２の走査角の関数として変化させるために逆反射体５５０を移動することにより実行される。図５に示すとおり、逆反射体５５０はガルバノスキャナ５３２により移動される。たとえば、ガルバノスキャナ５３２と、逆反射体５５０とにワンド５３５が装着されている。ガルバノスキャナ５３２が（以下に説明する方式で）作動されるたびに、ワンド５３５は回転し、逆反射体５５０は矢印１０１０により指示される方向に沿って移動する。ガルバノスキャナ５３２に要求される運動の量は少ないので、その後に続く逆反射体５５０の動きはほぼ直線に沿った運動である。その結果、本発明の第２の面の好ましい一実施の形態によれば、ガルバノスキャナ５３２の動きは点線の曲線５７１により指示されている平面を、８ｍｍ程度である角膜の半径とほぼ等しい半径を有する球面へと変化させる。
【００２１】
さらに図５に示すように、基準ビーム５４１は逆反射体５５０からヘリカル基準ミラー２９０に向かって導かれる。スキャナミラー５６５及び５６６によって規定される横断位置ごとに、ヘリカル基準ミラー２９０は３６０度回転して、先に図１に示す実施の形態に関して論じたように２ｈの距離にわたる奥行走査を実行する。ヘリカル基準ミラー２９０は当業者には良く知られている手段（図示せず）によってほぼ一定の速度で回転される。ヘリカル基準ミラー２９０から反射された基準ビーム５４１は、ビームスプリッタ５４０により、目８から反射したサンプルビーム５４２からの放射と重ね合わされる。光検出器２７５はこの重ね合わせ放射を検出する。光検出器２７５からの出力は復調器２８５により復調され、復調器２８５からの復調出力はアナログ／デジタル変換器２９５（Ａ／Ｄ２９５）によりデジタル信号に変換され、Ａ／Ｄ２９５からの出力は解析のためにコンピュータ２１０に入力として印加される。
【００２２】
スキャナミラー５６５及び５６６によるサンプルビーム５４２の横断走査中、ヘリカル基準ミラー２９０は所定の回数、たとえば、ｎ回回転する。スキャナミラー５６５及び５６６を駆動する一対の走査用検流計と、ヘリカル基準ミラー２９０を回転させるモータとは、当業者には良く知られている方式でコンピュータ２１０の制御の下に動作される。本発明の好ましい一実施の形態によれば、たとえば、１回の横断走査の間にヘリカル基準ミラー２９０のｎ回の回転によって行われるｎ回の奥行走査が起こるように、ＯＣＴデータはコンピュータ２１０によって同期的に収集される。コンピュータ２１０が光検出器２７５から受信するＯＣＴ信号はリアルタイムで解析されるのが好ましい。様々な角膜構造の座標は、先にＯＣＴ角膜マッピング装置１００に関して説明した方式で、コンピュータ２１０が受信したＯＣＴ信号のピークの解析により確定される。
【００２３】
先に説明した通り、奥行走査はラスタ走査、すなわち、横断走査の中で所定の複数の点で実行される。横断走査中の１点における奥行走査の間に、特定の信号ピークは特定の角膜構造の場所を規定し、横断走査中のその点における特定の角膜構造の奥行は基準ビーム５４１と、サンプルビーム５４２との光路長の差によって決まる。ところが、光路長差は、角膜が湾曲した形状であるために、走査角の関数として変化する。本発明の第２の面によれば、横断走査中、コンピュータ２１０はその横断走査における第１の点の特定の角膜構造、たとえば、角膜の前面の奥行を信号ピークを検出することによって確定する。次に、コンピュータ２１０は第１の点の前面の奥行を横断走査に沿った先行点における前面の奥行と比較する。横断走査に沿った２つの隣接する点の前面の奥行の差を使用して、逆反射体５５０が角膜の湾曲形状を追跡するように逆反射体５５０を移動させる。この追跡は、２つの隣接する点における前面の奥行の差の負のものをコンピュータ２１０により入力信号としてフィルタ５５５を介してガルバノスキャナ５３２に印加させることによって実行される。この信号に応答して、ガルバノスキャナ５３２は奥行走査を角膜の面に従わせるように逆反射体５５０を移動させる。その結果、光路長差が一定である面、すなわち、点線の曲線５７１が検査中の角膜の面に自動的に適応するという効果が生まれる。このように、本発明に従えば、奥行走査のデータ収集時間は短縮される。フィルタ５５５はガルバノスキャナ５３２の振動を回避するために使用されるのであるが、このフィルタは当業者には良く知られているＰＩコントローラとして製造されても良い。
【００２４】
最後に、図５に示すように、目８はＣＣＤカメラ１１５によって、図１の実施の形態１００に関して示した方式に類似する方式で監視される。詳細にいえば、目８は、たとえば、白熱灯の光を赤外線フィルタでフィルタリングすることによって得られる赤外線源８０からの赤外線光を使用して照明される。目８から反射した積外線光はレンズ５３７により、ノッチフィルタ５７５を介してＣＣＤカメラ１１５に結像される。本発明によれば、ノッチフィルタ５７５は目を照明する赤外線光を反射する一方、ＯＣＴビームの波長、たとえば、８５０ｎｍとほぼ等しい波長を透過する。
【００２５】
以上の説明が単に例示と説明を目的として提示されたものであることは当業者には認められるであろう。従って、以上の説明は徹底して余す所のない説明ではなく、あるいは、本発明を開示した厳密な形態に限定しようとするものではない。たとえば、本発明の趣旨の中に入ると考えられる変形や変更は以上の教示に照らして可能である。そこで、特許請求の範囲は本発明の真の趣旨の中に包含されるそのような変形や変更の全てに及んでいることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学コヒーレンス断層撮影（「ＯＣＴ」）角膜マッピング装置から構成される本発明の第１の実施の形態を略画の形で示す図。
【図２】図１に示す第１の実施の形態を製造するために利用されるＯＣＴ装置の光ファイバの実施の形態を略画の形で示す図。
【図３】図１に示すＯＣＴ装置を製造するために利用されるヘリカルミラーを略画の形で示す図。
【図４】図３に示すヘリカルミラーにより規定される光路長と時間との関係をグラフの形で示す図。
【図５】ＯＣＴ角膜マッピング装置から構成される本発明の第２の実施の形態を略画の形で示す図。
【図６】角形マッピングＯＣＴ走査パターンを略画の形で示す図。
図中、理解を容易にするため、様々な図で同一である構成要素は同じ図中符号によって示されている。
【符号の説明】
１…ＯＣＴ干渉計、３…コリメータレンズ、４…ミラー、５，６…スキャナミラー、７…湾曲ミラー、８…目、２０…ノッチフィルタ、３１…スキャナレンズ、８０…赤外線放射源、１００…ＯＣＴ角膜マッピング装置、１１５…ＣＣＤカメラ、１３５…レンズ、２１０…コンピュータ、２２０…ＣＷ放射源、２３０…光ファイバ、２４０…５０／５０カップラ、２５０…単一モード光ファイバ、２６５…光ファイバ、２７０…光ファイバ、２７５…光検出器、２８０…レンズ、２８５…復調器、２９０…ヘリカル基準ミラー、２９５…アナログ／デジタル変換器。
【図１】
0003549961.tif 000002
【図２】
0003549961.tif 000003
【図３】
0003549961.tif 000004
【図４】
0003549961.tif 000005
【図５】
0003549961.tif 000006
【図６】
0003549961.tif 000007