(57)【要約】【課題】  本発明は、緑内障の早期診断を目的に用いられる眼圧計として使用する接触式圧力センサの構造であり、センサシステムの高精度化、構造の簡略化とシステムの小型化を実現するための眼圧センサを提供すること。【解決手段】  課題を解決するため、圧電単結晶の主振動が屈曲振動となる様な構造体であって、振動姿態変換部長さ（Ｌ）を最大出力値の７５％から９２％の間になる様に構築し、横振動のリークエネルギを角膜を介して房水内に放射したとき、房水圧力の高さに応じて共振周波数、または、共振抵抗（出力電圧）が変化することを利用して眼圧を検知することにより課題を解決する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体に構築した振動部の固有振動により発生する屈曲振動を、前記振動部と一体化した振動姿態変換部分内に導入し、同一周波数の横振動に変換した後、前記横振動を振動姿態変換部端部に構築した接眼部を介して眼球（角膜）内に拡散させ、角膜直下に存在する房水の圧力変化による振動拡散状態の変化を固有振動の周波数変化、あるいは、共振抵抗の変化として検知することを特徴とした圧力センサ。
【請求項２】
請求項１の記載において、棒状の屈曲振動部の長手方向の片端と一体化して構築した振動姿態変換部との接続部を固定端とし、前記振動姿態変換部の固定端と反対方向先端にある接眼部までの長さ寸法（Ｌ：前記、振動姿態変換部の長さ）を、その長さを変化させると周期的に変化する振動出力値の任意の周期内で成る最大出力値の７５％から９２％の範囲に設定したことを特徴とした圧力センサ。
【請求項３】
請求項１と請求項２項の記載において、センサ構造体が、圧電単結晶で構築されており、その接眼部面はポリシュ加工後Ａｕ薄膜を構築し、更に疎水加工が施されていることを特徴とした圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角膜上に直接接触させて眼圧を検知する圧力センサの構造に属し、侵襲性（in vivo）ではあるが精度の高い計測を可能にした、圧電振動式の小型眼圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
４０歳以上の約６％の人が「緑内障」であると言われている。緑内障の最も基本的な２タイプは、開放性隅角緑内障（ＰＯＡＧ）と、閉塞隅角緑内障（ＰＡＣＧ）であり、それらは原発緑内障（Primary galucoma）に属し、房水の流出阻害の機序によるものが原因とされる。その中でも、正常眼圧緑内障（ＮＴＧ）は遺伝的に日本人にとても多いことで学会等で話題となっている。一方、原発緑内障に対して続発性緑内障（Secondary galucoma）があるが、これは他の疾患が原因となって隅角の機能低下や、閉塞が発生するとされる。  
【０００３】
そして、緑内障は失明原因の上位を占める病気であるにもかかわらず、その約半数の患者は罹患を自覚していないのが現状であり、また、一般に高齢者の疾患とみなされるが、どの年齢層でも起こりうること、一度罹患・進行すると視力の回復が困難であること、などから早期発見・早期治療が望まれる疾患の一つとなっている。
緑内障の早期発見には、以下の３項目、（１）眼圧検査（Tonometry）、（２）眼底検査（fundus examination）、（３）視野検査（perimetry）が必須検査となっており、これら３データの結果から総合的診断がなされる。本眼圧センサはこの様な社会的背景と、必要性から開発されたものである。
【特許文献１】特開平５−２５３１９０号公報  なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本出願までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に使用される眼圧センサ装置（眼圧計）は、「接触式」と「非接触式」に大別される。接触式では、角膜に一定の圧力を加え、その変化量を測定する「圧入式」と、角膜に一定の変化を生じるのに必要な「力」、又は、「時間」を測定する「圧平式」があり、それぞれ、シェッツ眼圧計、アブラネーション眼圧計が有名である。これら接触式眼圧計は測定精度が高いが、操作が煩雑で熟練を要すること、装置も複雑・高価という問題がある。
【０００５】
一方、集団の健康診断などで使用される「非接触式」は、対物レンズの中心に埋め込まれた空気噴射ノズルを被検眼に近接させ、その位置から角膜の中心に向けて空気を吹き付け、角膜の中央部が所定形状に変形した瞬間の空気圧を検出して計測値とする。この様な、非接触式では、被検眼角膜に対し空気噴射ノズルの位置合わせを正確にしなければ大きな測定誤差が生じることになる。被検眼は動き易く空気噴射ノズルの位置の正確なアライメントは困難であり、測定者の熟練と測定誤差が必至となっている。近年では自動でアライメントを行うものもあるが、出願人はその精度評価データを持ち合わせていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述する課題を解決するために本発明は、構造体となる振動部の固有振動により発生する屈曲振動を、振動部と一体化して構築した振動姿態変換部分内に導入（伝播）し同一周波数の横振動に変換した後、横振動を振動姿態変換部端部に構築した接眼部を介して眼球（角膜）内に拡散させ、角膜直下に存在する房水の圧力変化による振動拡散状態の変化を固有振動の周波数変化、あるいは、共振抵抗の変化として検知する圧力センサである。
【０００７】
また、本発明では実験的に棒状の屈曲振動部の長手方向の片端と一体化して構築した振動姿態変換部の接続部を固定端とし、固定端と反対方向先端にある接眼部までの長さ（Ｌ：振動姿態変換部の長さ）を変えながら、接眼部全面を束縛固定して、前記振動出力値と、共振周波数を計測すると、振動出力値と、共振周波数の値が周期的に変化することから、振動出力値に着目し、その任意の一周期内で最大の出力となる値（最大出力値）に対し、振動出力値が７５％から９２％の範囲に相当する任意の長さに前記振動姿態変換部の長さ寸法（Ｌ）を設定した圧力センサである。
【０００８】
なお、本発明のセンサ構造体は、圧電単結晶で構築されており、その接眼部面はポリシュ加工後、Ｔｉ薄膜を下地として、Ａｕ薄膜を構築し、更に疎水加工が施されていることを特徴とする。
【０００９】
ここに、眼球断面概略と各部名称を図１に記載する。正常な人の場合、水晶体と角膜の間を満たす房水は、分泌産生と排出がバランス良く行われ、その圧力（眼圧）は一定に保持される。その一次的排出機構は前房の隅角にあり、正常な状態では房水流出の８３〜９６％を担い、２次的排出機構である副流出路や、ぶどう膜強膜間房水流出系で、排出全体の５〜１５％程度を担っているが、緑内障では、隅角を主体とする流出阻害により房水の圧力が上昇することが判明しており、従って、房水の圧力を計測することは緑内障を診断する有力な手がかりとなる。
【００１０】
従って本発明では、圧電単結晶構造体の固有振動である屈曲振動を用い、振動伝達系となる振動姿態変換部において横振動に変換して角膜に一定圧力で接触させて振動エネルギを角膜を介して房水中に拡散（リーク）させる。そのとき、房水の圧力に応じてリークエネルギの浸透条件が異なるため、振動系から見た振動伝達系のインピーダンスが変化することで主振動に対し振動の束縛（抵抗）量の変化となって、その結果、固有振動周波数や、共振抵抗の値が変化することによる振動出力電圧の変化から、これらの値を検知する事で眼圧の計測が可能となる。その結果、接触式のため測定精度が高く、かつ、簡便に測定することが可能であり、安価・小型・可般式の眼圧センサを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、圧電単結晶構造体の固有振動である屈曲振動エネルギを伝播系内で横振動に変換され、その振動エネルギが伝播系の接眼部を介して角膜下の房水に伝達され、その房水の圧力に対応した振動エネルギモレの状態を反映した固有振動周波数や、共振抵抗の値が変化から眼圧を計測するもので、接触式のため測定精度が高く、しかも、簡便に測定することが可能で、正確・安価・小型・可般式の眼圧センサの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。
図２は本発明の内容を説明するために、一例として圧電単結晶の一つ、水晶材料を使用した音叉型センサ素子を示しており、簡略のため屈曲振動を励振させるために必要な電極、リード部などは省略して記載している。図２において、線（ａ）−（ａ’）で仕切られた上側を振動部、下側を振動姿態変換部とし、この境界部を振動部の固定端とする。
【００１３】
音叉型センサ素子は、外部より交流電圧を印加すると、図３に示すように振動部には自由端（固定端の反対側の振動部）を最大振幅とする実線と点線で示す屈曲振動が発生するため、それぞれの振動部枝の固定端近傍の振動姿態変換部には、この主振動を受けて振動姿態変換部長手方向に伸縮振動が誘発される。即ち、固定端は実際は完全な“固定”ではなく一つの振動部枝の左右で反対方向の伸縮振動が誘発され、２本の振動部枝による振動は振動姿態変換部の表裏を貫通し、左右対称に２点発生するノーダルポイント（図３に黒点として表記）を中心に回転する往復振動になり、その結果、振動姿態変換部固定端の接眼部には紙面に平行な「横振動」が誘起されることになる。
【００１４】
この時、センサ素子の振動部の固定端と接眼部までの距離、すなわち、振動姿態変換部の長手方向の長さを（Ｌ）として、実験的に、この寸法を変化させながら、接眼部を別途基台に接着剤などを使用して固定（束縛固定）して屈曲振動を励振すると、図４（ａ）に示す様に、センサ素子の共振周波数、出力電圧が一定の周期を持って変化する事が確認された。これは図４（ｂ）に示す主振動である屈曲振動が姿態を変化させながら、振動姿態変換部内を伝播するが、そのとき、長さ（Ｌ）に対応して特定の定在波を持って伝播していることを示す現象で、周波数変化率が大きい、あるいは、出力電圧が低下しているＬ寸法の部分では、振動エネルギが接眼部を介して固定用基台にリークしていることを示し、また、反対に周波数の変化が無い、あるいは、出力電圧の高いＬ寸法の部分では、振動エネルギが閉じ込められ、外部へのエネルギ流出が無いことを意味している。
【００１５】
通常、共振系振動子を設計する場合には、主振動の振動エネルギが支持系に流出しないよう、周波数の変化が無い、あるいは、出力電圧の高いＬ寸法に設定して振動エネルギを閉じ込め、外部の影響（擾乱）を受けない様に作製するが、本発明の眼圧センサでは、主振動と成る屈曲振動エネルギ振動姿態変換部で横振動に変換し、その振動エネルギを接眼部を介して角膜にリークさせ、角膜下の房水の圧力に応じた振動エネルギの変化量による共振周波数変化、あるいは、出力電圧変化から眼圧を計測することを特徴とする。
【００１６】
従って、振動エネルギのリーク量の設定は、重要であり最大出力値の７５％から９２％の間になる様に、図４（ｂ）に示すようにＬ寸法を設定して、振動エネルギが接眼部を介して外部（測定部位）に漏れる（リークする）様に設定することが振動への擾乱を最小にし、また、高感度を維持する条件となる。
【００１７】
図５は、眼圧測定時の様子を図示したもので、センサ素子はその振動のため外部にある発振器回路と接続するのに電気的２端子が必要であり、図３に記載したノーダルポイント（振動姿態の形態上は、振動姿態変換部表裏を貫通する２点であるが、振動姿態変換部の表面上に表現すれば、表裏・左右対称の位置に現れるので４点になる）と成る所をセンサ素子支持部とすると共に、これと兼用して電気的２端子を引き出す構造としている。なお、接眼部は、機械加工によりポリシュ加工をして平坦化処理を施し、その表面にＴｉ薄膜をベースにＡｕ薄膜をスパッタなどで構築した後、測定直前に殺菌洗浄と疎水処理を施して使用することが望ましい。これは、涙などがセンサ素子の振動姿態変換部側面部を濡らし、振動エネルギの不要リークによる測定誤差の発生を防止する効果を持たせるためである。
【００１８】
そして、眼圧測定は被検眼を麻酔し、センサ素子を固有振動（発振）させ、周波数、あるいは、出力電圧を記録した後、接眼部（振動姿態変換部の底部）を一定圧力（接眼部全体が接触したことを目安とする）で被検眼角膜に接触させ、そのときの周波数、あるいは、出力電圧との差から眼圧を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】眼球断面の概略図と各部名称を示す平面図である。
【図２】本発明の眼圧センサの概念を示す概念図である。
【図３】本発明の眼圧センサの振動姿態の概念を示す概念図である。
【図４】（ａ）共振周波数変化、及び、振動出力変化と、振動姿態変換部長さ（Ｌ）との関係を示すグラフである。  （ｂ）（ａ）のグラフに於ける任意の周期について、振動出力変化と振動姿態変換部長さとの関係を拡大して記載し、設定する振動姿態変換部長さの位置を説明したグラフである。
【図５】眼圧測定時の様子を示す状態図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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