(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数同時に記録するショートコヒーレンス干渉法により、対象内で横方向に隣接する点を通して光軸の深さ方向に走査することによって、対象の構造のトポグラムおよび断層図を得るための方法であって、
測定アームと、基準アームと、基準光線と、出力部とを有する干渉計が、
測定アームにある空間的コヒーレントな、あるいは空間的部分コヒーレントな光源（１、３７、４２）の横方向に拡がった１次測定像（１８）を用いて、ショートコヒーレンス干渉法による対象の深さ方向の走査を実行し、
さらに干渉計参照アームにある空間的コヒーレントな、あるいは空間的部分コヒーレントな光源の１次参照像（８８、１０８）を生成するステップと、
干渉計出力部にある両方の１次像を、横方向に隣接した対象点から同時発生する深さ方向の光電走査信号を検出するための１次元あるいは２次元の光検出器アレイ（１１、１１０）上へ重なり合った２次的な像として結像させ、
コヒーレンス・ウィンドウに同期して対象の深さ方向に走査する測定像の動的焦点合わせを行い、
そして
ショートコヒーレンス干渉による深さ方向の走査を、後方誘導反射器（１４）を用いて干渉計測定アームの光路長を変化させることにより実行し、
またその焦点距離が対象の定型的光路長に相当する光学系（１７）を用いて、干渉計光源の結像による１次測定像（１８）を、中間像（１９）を経て対象の中に形成させること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
対象の分散光を、参照光線中の平面板（５０）により補償することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
対象の分散光を、後方誘導反射器（１４）に同期して動く参照光線中の２個のプリズム（５１、５２）により補償することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は眼の内部構造、特に眼における結像に重要な要素である角膜、水晶体、硝子体、網膜表面の多重多チャンネルショートコヒーレンス干渉法による測定および描画に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水晶体（たとえば白内障外科）および角膜（屈折性角膜外科）への多種多様な手術によって示されるように、眼科学における新たな開発に伴って、光学作用のある眼の構造を定量的に表す測定法への需要が高まっている。この意味での１つの課題が眼の結像品質測定である。眼の結像品質を測定するためのものとしては、すでに過去においてさまざまな方法が知られている。それには被検査者の協力が必要な主観的方法と、測定に際して被検査者の狭義での協力が不要な客観的方法とがある。
【０００３】
主観的方法は、臨床的問題を正確に解明するためには被検査者の協力が必要なのでほとんど使用できない。またこれまでに知られている眼の異常を検査する客観的方法は、光学的に作用する眼のすべての構造による総合的効果を示すだけで、個々の要素の影響を明確に分離できないので、眼の幾何学的構造の把握という点では限られた範囲でしか達成し得ない。この問題に関する新しい展望と眼の異常測定用として提案された２つの新しい主観的方法間の比較がたとえば文献Ｅ．モレノ−バリウソ、Ｒ．ナヴァッロ、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，第１７巻、２０００年、９７４−９８５ページに出ている。
【０００４】
眼の光学的に有効な構造を定量的に測定する客観的方法の１つはショートコヒーレンス干渉法である。この方法では２光線束干渉計の干渉性測定光線が対象物に当てられて、その深さ方向に進入する。光線反射場所の深さ位置はこの測定光線に沿って視軸あるいは眼の光軸の方向に測定する。このいわゆる深さ方向の走査の場合、参照光線の長さは、たとえば参照ミラーの軸方向移動によって連続的に変化させ、それにしたがい測定対象内における測定光線の深さ座標に沿ってショートコヒーレンスの干渉図形を記録する。つまり、参照光線の長さがコヒーレンス長以内、すなわちいわゆるコヒーレンス・ウィンドウの中で、光を反射する対象物構造への測定光線の長さと一致すると、干渉計出力に干渉が現われる。
【０００５】
この干渉は、干渉計出力部にある光検出器に電気交換信号を発生させ、これが光線反射構造を映し出す。参照光線の各瞬間の長さは、測定光線反射位置の当該深さポジションを表わしている。この際横方向の有効な解像度を確保するために、測定光線を対象構造に焦準する、あるいはコヒーレンス・ウィンドウに同期して対象の深さを縦方向に走査する動的焦点を利用する。干渉計出力にある光電検出器の電気信号にはこのように測定光線に沿った深さ構造が含まれている。横方向に隣接した眼の瞳孔点を通して行ったこのような深さ方向の走査から、眼球内構造のトポグラフィ測定ができる。これに対応した多数のこうした横方向に隣接する深さ方向の走査から断層図を合成することもできる。この方法は光コヒーレンス断層図および光コヒーレンストポグラフィとして知られており、文献Ａ．Ｆ．フィッシャ、Ｃ．Ｋ．ヒッツェンベルガ、オプティカルサイエンスのシュプリンガシリーズ（Ｔ．アサクラ編集）第４巻、シュプリンガ出版社、ベルリン１９９９年に記述がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のショートコヒーレンス干渉法の場合、トポグラムあるいは断層図を得るためには、多数の横方向に隣接する点を通しての深さ方向の走査を個々の測定光線に沿って順次実施しなければならず時間がかかるという欠点がある。特に患者にこのような方法を適用することには問題がある。
【０００７】
したがって本発明の技術的課題は、多数同時に描画する多重ショートコヒーレンス干渉法を用いて、瞳孔内の横方向に隣接する点を対象に深さ方向の走査を行なうことにより、眼の構造のトポグラムおよび断層図を得るための方法と配置を提供することである。
【０００８】
この課題は、干渉計の測定アームにある空間的コヒーレントな、あるいは空間的部分コヒーレントな光源の横方向に拡がった１次測定像を用いてショートコヒーレンス干渉法による眼の深さ方向の走査を実行し、干渉計の参照アームにある空間的コヒーレントな、あるいは空間的部分コヒーレントな光源の１次参照像を生成し、干渉計出力部にある両方の１次像を、横方向に隣接した瞳孔点から同時発生する深さ方向の光電走査信号を検出するための１次元あるいは２次元の光検出器アレイ上へ重なり合った２次像として結像させることによって解決できる。また別な技術的課題は測定像がコヒーレンス・ウィンドウに同期して対象の深さを走査するように動的に焦点を合わせることを実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題はショートコヒーレンス干渉法による深さ方向の走査を干渉計の測定アームの光学長を変えることによって実行し、焦点距離が定型的な眼の光学長にほぼ相当するような光学系を用いて中間像を経由して干渉計の光源を眼中の１次測定像に結像させることにより解決できる。
【００１０】
「ショートコヒーレンス」は、この干渉法において短いコヒーレンス長の光を用いることを指す。この場合、２光線束干渉計の測定光線の光路長は、現われる干渉に応じて参照光線の光路長を連続的に同調することにより走査される。このいわゆる「深さ方向の走査」の場合、参照ミラーを参照光線の軸に沿って動かす。ビームスプリッタから測定場所までの参照光線の往復距離が、ビームスプリッタから対象物（眼）の反射点までの測定光線の往復距離とコヒーレンス長以内で一致すれば、干渉計出力に干渉が現われる。
【００１１】
この干渉に寄与する測定場所の範囲を「コヒーレンス・ウィンドウ」という。参照ミラーを連続的に動かすことによって光検出器の干渉計出力に現われる干渉を利用して対象物の光線反射場所のｚ軸位置を記録する。
ｚ軸位置の決定は、例えば使用する光のコヒーレンス長
【式１】
0004059317.tif 000002
で与えられる精度で行なう。ここにλは平均波長、△λは使用している光線の波長バンド幅である。したがって、深さ方向の走査の「コヒーレンス・ウィンドウ」はほぼｌｃの長さを持っている。深さ方向の走査を実行するには、現在では例外なく空間的コヒーレントな光源が使用される。
【００１２】
空間的コヒーレントな光源としては横シングルモード動作のレーザおよびスーパールミネッセンスダイオードがある。これに対して空間的部分コヒーレントな光源はたとえば白熱電球、ハロゲンランプ、プラズマ低圧ランプ、プラズマ高圧ランプなどであるが、また横マルチモード動作のスーパールミネッセンスダイオードおよび横マルチモード動作のすべてのレーザもこれに含まれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は拡がった空間的部分コヒーレントな光源１を有する眼科用ショートコヒーレンス干渉計の光線経路を示している。これらの光源は空間的部分コヒーレントな部分光源１（１）、１（２）、．．．、１（ｎ）から成る。２（ｉ）（ここに１?ｉ?ｎ）は横に拡がった空間的部分コヒーレントな光源１の部分光源１(ｉ)から出てきた部分光線である。この光線は光学系３により平行化され、ビームスプリッタ４によって測定光線５（ｉ）と参照光線６（ｉ）とに分けられる。参照光線６（ｉ）は光学系７を経て後方誘導反射器８により参照ミラー９へと反射され、そこで空間的に部分コヒーレントな部分光源１（ｉ）の部分像８８（ｉ）に集束する。
【００１４】
参照ミラー９によって反射された参照光線６（ｉ）は後方誘導反射器８、光学系７、ビームスプリッタ４、光学系１０を経て干渉計出力にｎ個の光検出器を有する光検出器アレイ１１に向けられ、そこで部分光源１（ｉ）の２次参照像１２の部分像１２（ｉ）に集束する。
図１には示されていないが同様のことがその他の部分光源１（１）、１（２）．．．１（ｎ）から出てきた部分光線２（１）、２（２）．．．２（ｎ）すべてについて起こる。これらの光束が参照ミラー９の上に部分像８８（１）、８８（２）．．．８８（ｎ）を作り、また干渉計出力にある光検出器１１上に２次参照像１２の部分像１２（１）、１２（２）．．．１２（ｎ）を作ることは明らかである。
【００１５】
ビームスプリッタ４を通過した部分光線５（１）、５（２）．．．５（ｎ）は測定光線の光束を形成する。これは光学系１３から後方誘導反射器１４および転向ミラー１５を経て部分像１６（１）、１６（２）．．．１６（ｎ）を有する中間像１６に集束する。中間像１６は光学系１７の前方、その焦点距離ｆの２倍のところにある。したがって中間像１６は、光学系１７により写像倍率１：１で眼２０の角膜のところで視軸２９に直交する平面に部分像１８（１）、１８（２）．．．１８（ｎ）を有する１次測定像１８として結像する。
【００１６】
図１に矢印２１で示すように、後方誘導反射器１４がビームスプリッタ４の方向に距離△ｚだけ動くと測定光路の光路長が２△ｚだけ短くなる。光源１の部分像１６（１）、１６（２）．．．１６（ｎ）はそれによって破線で描いた位置１９（１）、１９（２）．．．１９（ｎ）に移動する。もし△ｚ＝ｆ／２すなわち光学系１７の焦点距離の半分であれば、光源１の中間像の部分像１６（１）、１６（２）．．．１６（ｎ）は光学系１７の前側の焦点平面にあり、部分像１８（１）、１８（２）．．．１８（ｎ）を有する１次測定像１８は、眼２０の光学系により眼底２２上の破線で示した位置に２３（１）、２３（２）．．．２３（ｎ）として結像する。
【００１７】
後方誘導反射器１４の移動距離が△ｚ＝ｆ／２より小さい場合は、部分像１８（１）、１８（２）．．．１８（ｎ）を有する１次測定像１８は角膜と眼底との中間に結像する。
つまり後方誘導反射器１４を△ｚ＝ｆ／２だけ移動すると、眼は部分像１８（１）、１８（２）．．．１８（ｎ）を有する光源１の１次測定像１８によって角膜から眼底まで走査される。
【００１８】
ショートコヒーレンス干渉法測定の場合では、１次測定像１８の当該場所にコヒーレンス・ウィンドウのあることが必要である。これに加えて本発明では光学系１７の焦点距離ｆは角膜から眼底までの眼の光学長と等しくする。眼の光学長はその幾何学的長さＬに眼の平均グループ指数ｎＧを掛けたものである。グルシュトランドによれば定型的な人間の眼の平均グループ指数ｎＧはたとえばλ＝７８０ｎｍの平均波長の光に対してｎＧ＝１．３５４９の値となる。
【００１９】
１次測定像１８の部分像１８（１）、１８（２）．．．１８（ｎ）が眼の光線反射場所に当たると、反射された光線は、眼の光学系、即ち光学系１７、転向ミラー１５、後方誘導反射器１４、光学系１３、ビームスプリッタ４、光学系１０を通って光検出器１１に結像し、そこで２次測定像２４の部分像２４（１）、２４（２）．．．２４（ｎ）を作る。干渉計ビームスプリッタの適切な調整により可能となることであるが、部分像２４（１）、２４（２）．．．２４（ｎ）を部分像１２（１）、１２（２）．．．１２（ｎ）と完全に一致させれば、そこに干渉が現われ、出現と同時に検出器アレイによってそれが検出できる。ｎ個のショートコヒーレンス参照光線が部分像１２（ｉ）（ｉ＝１．．．ｎ）に、ｎ個のショートコヒーレンス測定光線が部分像２４（ｉ）（ｉ＝１．．．ｎ）に対応している。このようにして眼の中の多数の深さ方向の走査を平行して同時に実行できる。
【００２０】
光源１の代わりに光源の像を使用するできることも明らかである。
図２にその１例を示す。ここで３０は光源で、これが光学系３１により、図１に示す干渉計の入力部にある干渉計光源１の場所に結像する。具体的な光源に代わって光束から任意に切り取ったものもまた光源として使用できる。
図３にその１例を示す。ここで３５は任意の光源、３６はそれから出てきた光束である。干渉計の入力部の場所３７にある、光束３６からの切り取り部分が干渉計用の光源として用いられている。
【００２１】
そのほか、ここで確認すべきこととして、後方誘導反射器１４の動きによって測定光線に２倍の移動が起こるので、その結果個々の光検出器１１（１）、１１（２）．．．１１（ｎ）等に電気交換信号が発生し、それによりノイズ抑制のためのバンドパス・フィルタリングが可能になるということがある。
【００２２】
空間的部分コヒーレントな光源１を使うと部分光線のクロストークを減らすことになる。部分光線からの散乱光は他の部分光線からの散乱光に対して完全な干渉力を持たないからである。しかしそれでもこの方法を空間的コヒーレントな光源を使って実現することにも意味がある。というのはたとえばこの光源は市場で多様な商品として入手できるからである。これに対応する配置が図４に示されている。
【００２３】
図４において、符号４０は、空間的にコヒーレントで、時間的にショートコヒーレントな、たとえば横基本モードで動作しているスーパールミネッセンスダイオードあるいは横基本モードで動作しているマルチモードレーザのような光源である。光学系４３は光束４１を干渉計の入力ひとみに集束する。この光源が発する光束４１の任意の光束横断面４２はショートコヒーレンス干渉計の光源として働く。図１によるショートコヒーレンス干渉計の場合のように空間的コヒーレントな部分光源４２（１）、４２（２）．．．４２（ｎ）は一方で参照アームに１次参照像８８（１）、８８（２）．．．８８（ｎ）を、また他方では測定アームに１次測定像１８（１）、１８（２）．．．１８（ｎ）を結像し、さらに光検出器アレイ１１上に部分像１２（１）、１２（２）．．．１２（ｎ）と２４（１）、２４（２）．．．２４（ｎ）を完全な合同像として作る。その他については、光路は図１による干渉計と同一にすることができる。
【００２４】
ショートコヒーレンス干渉法の場合、バンド幅の広い光が使用される。干渉計の光線の一つが分散性媒体を通過すると、コヒーレンス長が大きくなり、ショートコヒーレンス干渉計の深さ分解能が悪くなる。これは両方の干渉計アームにおける分散を注意深く調整することにより補償できる。この場合両方の干渉計アームの分散は同じでなければならない。このことはまず両方の干渉計光線のガラス導波路が同じ長さでなくてはならないことを意味する。測定路の長さは眼の深さの範囲を越えて変化するから、参照アームにおける分散値も変化できなくてはならない。
【００２５】
本発明によれば、これは、眼の半分の長さの分散に相当するガラス導波路を参照アームに固定設置することで近似的には実現可能である。ＢＫ７製平面板５０をそれに適用する場合は、その厚さは定型的な眼に対して、たとえばλ＝８００ｎｍの波長のときは、約６.３ｍｍでなくてはならない。深さ方向に走査している間の眼の分散を動的に補償することもできる。それには参照光線中に前後に並べられた頂角αのプリズム５１および５２が適している。図において両方向矢印で示すように光軸を横切る方向に移動することにより、様々なガラス導波路長およびそれに対応する分散状態に調節できる。プリズムの頂角αを適切に選べば、プリズム５１および５２を後方誘導反射器１４に同期して動かすことにより眼のコヒーレンス・ウィンドウのそのときどきの位置に対応する分散を動的に設定できる。
【００２６】
これまで１次元の検出器アレイ１１の例について述べた方法は、２次元の検出器アレイ１１０を適用することにより２次元の並列光多重ショートコヒーレンス干渉法に拡張できる。図５にそれが示されている。そこでは光束４１から任意の位置４２で切り取ったものを干渉計光源１０１として用いている。４０は空間的コヒーレントな、あるいは空間的部分コヒーレントな光源である。干渉計光源１０１として具体的な空間的コヒーレントな、あるいは空間的部分コヒーレントな光源も用いることができる。
【００２７】
いずれの場合も図６に示すように干渉計光源１０１から２次元の平面的な領域を用いる。この光源領域は部分光源１０１（１，１）、１０１（１，２）．．．１０１（１，ｎ）；１０１（２，１）、１０１（２，２）．．．１０１（２，ｎ）．．．１０１（ｍ，ｎ）までから成る。数値ｍおよびｎは光検出器アレイ１１０の列数および行数に相当する。光検出器アレイによってはｍおよびｎは大きな値を取ることもある。たとえば２０とか１０２４の場合もある。１０２（ｉ，j）は干渉計光源１０１の部分光源１０１（ｉ，j）から出てくる部分光線である。これは光学系３によって平行光線となり、ビームスプリッタ４によって測定光線５（ｉ，j）と参照光線６（ｉ，j）に分けられる。参照光線６（ｉ，j）は光学系７から後方誘導反射器８を経て参照ミラー９にまで反射され、そこで部分光源１０１（ｉ，j）の１次参照部分像１０８（ｉ，j）に集束する。
【００２８】
参照ミラー９で反射された参照光線６（ｉ，j）は後方誘導反射器８、光学系７、ビームスプリッタ４、光学系１０を経て干渉計出力部にあるｍｘｎ個の光検出器を有する光検出器アレイ１１０上の２次参照部分像１１２となって、そこで部分光源１０１（ｉ，j）の２次参照像１１２（ｉ，j）を作る。図５には示していないが同様のことが部分光源１０１（１，１）、１０１（１，２）．．．等から出てくる部分光線１０２（１，１）、１０２（１，２）．．．等すべてについて起こる。またこれらの光束は１次参照部分像１０８（１，１）、１０８（１，２）．．．等を参照ミラー９上に作り、２次参照部分像１１２（１，１）、１１２（１，２）．．．等を干渉計出力部にある光検出器１１０上に作る。
【００２９】
ビームスプリッタ４を通過した部分光線５（１，１）、５（１，２）．．．等は測定光線の光束を形成する。これは光学系１３から後方誘導反射器１４および転向ミラー１５を経て部分像１１６（１，１）、１１６（１，２）．．．等を有する中間像１１６に集束する。中間像１１６は光学系１７の前方、その焦点距離ｆの２倍のところにある。したがって中間像１１６は光学系１７により写像倍率１：１で眼２０の角膜のところで視軸に直交する平面に部分像１１８（１，２）、１１８（１，２）．．．１１８（ｍ，ｎ）を有する１次測定像１１８として結像する。
【００３０】
ここでも後方誘導反射器１４をΔｚ＝ｆ／２だけ移動すると、眼は部分像１１８（１，２）、１１８（１，２）．．．１１８（ｍ，ｎ）を有する１次測定像１１８によって角膜から眼底まで走査される。本発明に従って、この場合も光学系１７の焦点距離ｆは角膜から眼底までの眼の光学長に等しくする。１次測定像１１８の部分像１１８（１，１）、１１８（１，２）．．．１１８（ｍ，ｎ）が眼の光線反射場所に当たると、反射光線は眼の光学系、即ち光学系１７、転向ミラー１５、後方誘導反射器１４、光学系１３、ビームスプリッタ４、光学系１０を通って光検出器１１０に結像し、そこで２次部分像１２４（１，１）、１２４（１，２）．．．１２４（ｍ，ｎ）を作る。測定光線の２次部分像１２４（１，１）、１２４（１，２）．．．１２４（ｍ，ｎ）が部分像１１２（１，１）、１１２（１，２）．．．１１２（ｍ，ｎ）と完全に一致すればそこで干渉が現われ、それらすべてが検出器アレイ１１０により同時に読み取られる。部分像１１２（ｉ，j）（ｉ＝１．．．ｍ；ｊ＝１．．．ｎ）にｍｘｎ個のショートコヒーレンス干渉法参照光線が対応し、部分像１２４（ｉ，j）（ｉ＝１．．．ｍ；ｊ＝１．．．ｎ）にｍｘｎ個のショートコヒーレンス干渉法測定光線が対応している。このようにしてｍｘｎ個の深さ方向の走査を、眼全体を通して多重の方法で同時に実行できる。
【００３１】
１次元の場合と同様に参照アームにガラス導波路を固定設置することにより眼の分散を近似的に実現でき、たとえば平面板５０により静的に補償することができる。あるいは参照光線中にプリズム５１および５２を前後に並べ、これを深さ走査中に両方向矢印５３で示すように、光軸を横切る方向に移動することにより動的に補償することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横方向に拡がる空間的部分コヒーレントな光源１を用いた眼の内部構造を測定するための多重ショートコヒーレンス干渉計の１次元形式の図
【図２】横に拡がった光源を用いた眼の内部構造を測定するための多重ショートコヒーレンス干渉計の１次元形式の図、干渉計の光源１は具体的な光源３０の結像により生成される
【図３】横に拡がった光源を用いた眼の内部構造を測定するための多重ショートコヒーレンス干渉計の１次元形式の図、干渉計の光源３７として光束３６の横断面を用いている
【図４】横に拡がる空間的コヒーレントな光源４２を用いた眼の内部構造を測定するための多重ショートコヒーレンス干渉計の１次元形式の図、横基本モードで動作するスーパールミネッセンスダイオードあるいは横基本モードで動作する多重モードレーザを光源４０として用いている
【図５】光多重ショートコヒーレンス干渉計の２次元形式の図
【図６】２次元光多重ショートコヒーレンス干渉計における部分光源の名称表示のしかたを定義した図
【図１】
0004059317.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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