JP4871297B2 - 透明物体および／または散光性物体において位置の離れた領域間の相互位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明物体および/または散光性物体において位置の離れた領域の深さ、相互間距離および/または形態の測定のための方法および装置に関する。本解決策は、特に眼の各部間距離、すなわち、表面間、界面間または障害部位間の測定に適している。これら各部位間の距離の測定は、白内障手術および眼の屈折異常手術に非常に重要である。

位置の離れた領域の相互間距離、例えば、眼の軸方向における各区間長の測定は、音響的または光学的な長さ測定法によって行うことができる。これには、短コヒーレンス干渉法が、接触のない高精度作業という長所によりますます適用領域を拡大している。

短コヒーレンス干渉法には、通例、短コヒーレント光源光が測定光と基準光に分割されるマイケルソン原理の装置が使用される。使用される光のコヒーレンス長が、測定面間の光路長より短ければ、界面で反射された光束間に干渉は現われない。

基準ミラーの使用によって行う基準光路内での光路長の変更により、測定光と基準光の光路長が同一である場合には、測定光と基準光の合一後に干渉が誘起される。その光路長変更は、例えば基準ミラー（ＤＥ
３２ ０１ ８０１ Ｃ２）の並進移動によって、または透明立方体（ＷＯ ９６/３５１００）の回転によっても行うことができる。発生した干渉模様は検出器に導かれ、しかるべき方法で評価される。基準光光路長の変更は、求める眼の界面間距離にとっては直接的なファクタである。

従来の短コヒーレンス干渉法では、基準ミラーは被測定距離に相当する区間長を移動するが、他方、測定物体は静止状態におかれる。約３０ｍｍの距離を測定するあいだ眼を固定させるのは困難なので、生体測定をも可能にする眼科用の特殊解決策が開発された。それによれば、被測定眼の固定が不十分なために発生する測定誤差は、わずか数ミリメートルで済む走査距離により回避できる。

現状技術から、眼科専用の短コヒーレント光源を持つ干渉計装置の使用された解決法が公知である。
いわゆるデュアルビーム法では、互に離れた眼深部領域が２つの測定光により同時に照明/走査される。ＤＥ ３２ ０１ ８０１ Ｃ２に記載の解決法では、回折光学素子により角膜と例えば眼底に焦点を結ぶ各種波長の測定光が使用される。その場合、干渉計装置は測定距離、例えば角膜−眼底間距離にセットされるので、走査距離はわずか数ミリメートルしか必要ない。

ＷＯ ０１/３８８２０ Ａ１には、互に離れた２箇所の眼深部領域をダブルビームで照明/走査する解決法が記述されている。この場合、第１界面にフォーカスされた測定光が測定対象の前で分岐し、生じた分岐光が、いわゆる迂回ユニットを通じて導かれ眼の第２界面にフォーカスされる。このように、１回きりの測定で、眼の複数界面での反射がほぼ同時に加工される。ただし、個別反射間で区別ができるように、それぞれの光線は、例えば波長、偏光の状態などに関して異なった光学特性を有している。

両測定光の評価は基準光の光路長変更によって行なう。その場合、異なった測定光間では生成される干渉模様も異なっている。

しかし上記の装置は、測定光が同時に２つまたはそれ以上の界面を照明/走査するため、測定に寄与しない光線が障害性素地およびノイズを生むという欠点がある。測定距離に対する干渉計装置のセッティングが不正確であればあるほど、その所要走査領域はますます大きくなる。
ＤＥ ３２ ０１ ８０１ Ｃ２ ＷＯ ０１/３８８２０ Ａ１

本発明の基本課題は、眼の部分区間を、高い精度で、簡単迅速に測定できる短コヒーレント干渉計装置を開発することにある。

本発明によれば、上記課題は独立請求項の特徴によって解決される。好ましい改良形態および実施態様は従属請求項の対象である。

透明物体および/または散光性物体における位置の離れた領域間の相互位置決めのための本発明に基づく装置は、マイケルソン原理による干渉計装置の使用を想定している。光路長の変更のため、基準光路内には、しかるべき誘導路により並進移動可能な走査テーブルで構成された走査ユニットが配置されている。

その場合、移動方向は基準光に対して角度αを形成している。走査テーブルには、基準光の方向に相互間距離ｄを置き、向い合う側方が互いにわずかながら内側に入り込んで基準光路上で重なり合っている、少なくとも２つの基準ミラーが配置されているので、基準光は、走査テーブルの電動往復移動のあいだ、最初第１の基準ミラーで、次に第２の基準ミラーでそれぞれ反射される。

本発明に基づく装置は、透明物体および/または散光性物体における位置の離れた対象領域間の位置決めに、特に眼の表面間、界面間または障害部位間の区分長の測定に適している。眼のこれら区分長の測定は、白内障手術および眼の屈折異常手術に非常に重要であり、ますますその適用領域を拡大している。

以下では、本発明を実施例に基づき説明する。
透明物体および/または散光性物体における位置の離れた領域間の相互位置決めのための本発明に基づく装置は、マイケルソン原理による干渉計装置の使用を想定している。

光路長の変更のため、基準光路または測定光路に走査ユニットが配置されている。走査ユニットは、しかるべき誘導路で並進移動の可能な走査テーブルで構成されており、その移動方向は基準光に対してαの角度を成している。

走査テーブルには、基準光の方向に相互間距離ｄを置き、向い合う側方が互いにわずかながら内側に入り込んで基準光路上で重なり合っている、少なくとも２つの基準ミラーが配置されているので、基準光は走査テーブルの電動往復移動のあいだ最初第１の基準ミラーで、次に第２の基準ミラーでそれぞれ反射される。

図１は、基準光路１に配置される、２つの基準ミラー３、４付き走査ユニット２の第１の実施態様例を示している。
走査ユニット２の走査テーブル５は、モータ６の駆動によりしかるべき誘導路７を並進往復移動し、その移動方向８は基準光１に対してαの角度を成している。
モータ６としては、好ましくは、ステップモータまたは圧電モータが使用の対象になるが、ヴォイス・コイル型または超音波圧電型の走査テーブルも使用可能である。

角度αが、この場合、走査往復行程のｘ成分、ｙ成分への分割比を決定づける。角度α＝４５°ではその比率は１：１である。角度αの成分、距離ｄおよび広がりａは、技術的課題が当装置によって解消できるようにセッティングされねばならない。

走査テーブル５上には、基準光１の方向に相互間でｄの距離を置き、側方幅がａである２つの基準ミラー３および４が配置されている。その側方幅は両基準ミラー３、４とも同じであるのが好ましい。

基準ミラー３と４の向い合う側方がわずかながら相互に入り込んで重なり合っていることで、走査テーブル５の電動往復移動の間に基準光１が、順次基準ミラー３と４によってそれぞれ反射されることが保証される。基準光１を方向転換光線として描いているのは、単に分かり易くするという目的のためである。走査テーブル５の往復移動は、細線で描かれた走査テーブル５’および据付基準ミラー３’および４’から察せられる。基準光１は基準ミラー３’または４’でそれぞれ反射される。

基準ミラー３、４間の距離ｄは、有利なことに、変更可能である。ｄを測定対象である互いに離れた領域間の距離に予めセッティングしておくことにより、走査時間を大幅に短縮することができる。設定距離ｄが実測値に対して正確にセッティングされていればいるほど、走査時間は短くなる。そうすることで、両基準光の長さの差は常に２ｄとなる。

以上のほか、本装置から測定対象までの距離を様々に変えて適用できるように、走査ユニット２全体を移動できるように構成するのも有利である。

干渉計装置の精度は、個別測定アーム内での分散により損なわれる。精度を最大限上げるためには、両干渉計アーム内での分散をできる限り同程度に合わせなければならない。構成部材に起因する分散は適当な厚さの平面板で修正可能であるが、一方、対象物に関係する分散の補償には基準光路内で適宜相互移動させることのできる２枚の楔形プレートが必要である。

分散補償には、基準ミラー３および４の前に、平面板９および/または楔形プレート１０を配置することができる。基準ミラー３および４の方位設定では、この場合に発生する屈折を考慮しなければならない。

別な実施態様として、走査テーブル５に、２つ以上の基準ミラーをそれぞれ異なった相互間距離で配置させることができる。それにより、互いに離れた２つ以上の領域のポジションを１走査過程で測定することが実現できる。

位置決め時間をできる限り短く抑えるには、走査領域が基準ミラー全体の側方広がり幅総和がＳｉｎαで割った値より実質上大きくなってはならない。

図２は、また別な有利な実施態様を示したもので、走査ユニット２の走査テーブル５上に２つのプリズム１１および１２が基準ミラーとして配置されている。
そこで使用されているプリズム１１および１２は、楔形プレート１０が省略できるように、サイズを設定することができる。分散補償のため、プリズム１２はより長いガラス空間路を有している。

走査テーブル５はモータ６の駆動によりしかるべき誘導路７を並進往復移動し、その移動方向８は基準光１に対してαの角度を成している。
走査テーブル５上には２つのプリズム１１および１２が配置されていて、基準光１方向での両者間の距離はｄであり、側方への広がり幅ａは、好ましくは両プリズム１１および１２同じとする。

プリズム１１と１２の向い合う側方がわずかながら相互に入り込んで基準光路上で重なり合っていることで、走査テーブル５の電動往復移動の間に基準光１が、両プリズム１１、１２により、追加設置されているミラー１３の方へ順次転向させられ、当ミラー１３での反射後再度の転向によりそれぞれ逆戻りすることが保証される。

この場合でも、分散補償のために、プリズム１１および１２の前に平面板９および/または楔形プレート１０を配置することができる。基準ミラー３および４の方位設定では、この場合に発生する屈折を考慮しなければならない。

プリズム１１および１２の使用により、装置の走査領域を増倍させることができる。追加設置されるミラー１３は、この場合は、プリズムとしても構成することができる。この異なる実施例では、有利なことに、干渉計の信号障害を招く誘導路７の不正確な配置または不適切な作動に起因する傾倒の影響が緩和される。

また、複数の追加ミラー１３を配置することもでき、その場合は、最初第１プリズム１１で、次に第２プリズム１２で転向させられた基準光１は、複数回の反射および再度の転向によりそれぞれ逆戻りする。この追加ミラーによって光路は効果的に折れ曲がるので、走査行程が同一であっても移動領域が拡大する。

そのようにして生成された基準光は、測定対象領域（界面）で反射した測定光とオーバラップし、それが検出器に結像して評価される。基準ミラー３および４、またはプリズム１１および１２により行った基準光路での光路長変更が、測定光と基準光の波長が同一である場合には干渉を誘起する。基準光光路長の変更は、測定対象である互に離れた物体内領域間の距離にとっては直接的なファクタである。

そのほか、図には示されていないが、別な実施例として基準ミラーとプリズムの組み合わせも可能である。例えば、第１転向素子として基準ミラーを、第２転向素子としてプリズムを使用すれば、プリズムがしかるべきガラス空間路を提供することで容易に分散補償することができる。

本発明装置によれば、透明物体および/または散光性物体内で互いに距離の離れた２ヶ所またはそれ以上の領域を直接相前後して走査し、１測定過程でそれらのポジションを決定することが可能である。

現状技術に基づく解決策とは対照的に、本発明装置では同一測定光が互いに距離の離れた領域のポジションを順次測定するので、干渉計の出力側には検出器は１台しか必要でない。測定光は、異なった波長も偏光状態も必要でなく、そのため装置の構造は一段と簡易化される。

走査距離を数ミリメートルに縮小することによって、互に距離の離れた領域間の迅速な位置決めが可能になる。

本発明装置によれば、散光成分が大幅に減少し信号の品質が高まるので、測定光が順次しかるべき領域にフォーカスされて、それが非常に有利に作用している。

２つの基準ミラーを持つ走査ユニット 基準ミラーとして２つのプリズムを持つ走査ユニット

符号の説明

１ 基準光路
２ 走査ユニット
３，４ 基準ミラー
５ 走査テーブル
６ モータ
７ 誘導路
８ 移動方向
９ 平面板
１０ 楔形プレート
１１，１２ プリズム
１３ ミラー

Claims (9)

1. 光路長の変更のため、基準光路内または測定光路内に、しかるべき誘導路により並進移動の可能な走査テーブル（５）から成る走査ユニット（２）が配置され、さらにマイケルソン原理による干渉計装置が使用される、透明物体および/または散光性物体における位置の離れた領域間の相互位置決めのため装置であって、走査テーブル（５）の移動方向が、基準光（１）に対して角度αを形成し、走査テーブル（５）には、基準光（１）の方向に相互間距離ｄを置き、向い合う側方が互いにわずかながら基準光路上で重なり合っている、少なくとも２つの基準ミラー（３、４）が配置されていて、そのため基準光（１）が、走査テーブル（５）の電動往復移動の間、最初、第１の基準ミラー（３）で、次に、第２の基準ミラー（４）で、それぞれ反射されることを特徴とする位置決め装置。
2. 基準光路内に配置された前記の走査ユニット（２）が、測定対象物への距離に適合させるため、全体として移動可能である、請求項１に記載の位置決め装置。
3. 基準ミラー（３、４）間の距離ｄが、測定対象である互に位置の離れた前記領域の相互間距離に適合させるために変更可能である、請求項１および２のうちの１項に記載の位置決め装置。
4. 互いに離れた２つ以上の領域のポジションを、１走査過程で測定できるように、それに対応して２つ以上の基準ミラーを、走査テーブル（５）上に配置させることができる、請求項１から３のうちの１項に記載の位置決め装置。
5. 分散補償のために、基準ミラー（３、４）の前に平面板（９）および/または楔形プレート（１０）が配置されている、その基準ミラー（３、４）の方位設定では、光線屈折の可能性が考慮される、請求項１から４のうちの１項に記載の位置決め装置。
6. 前記の走査領域が、基準ミラー全体の側方幅の総和ａをＳｉｎαで割った値より大きくない、請求項１から５のうちの１項に記載の位置決め装置。
7. 基準光（１）方向での両プリズム間の距離がｄであり、両プリズムの向い合う側方がわずかながら基準光路上で重なり合っていることで、走査テーブル（５）の往復移動の間に、基準光（１）が、最初、第１プリズム（１１）で、次に、第２プリズム（１２）で、追加設置されているミラー（１３）の方へ転向させられ、前記ミラー（１３）での反射後、最終的転向によってそれぞれ逆戻りさせられるように、走査テーブル（５）上に、基準ミラーとして少なくとも２つのプリズム（１１、１２）が配置されている、請求項１から６のうちの１項に記載の位置決め装置。
8. 最初、第１プリズム（１１）で、次に、第２プリズム（１２）で転向させられた前記の基準光（１）が、それぞれ複数回の反射および最終的転向によって逆戻りさせられるように、複数の追加ミラー（１３）が設置されている、請求項７に記載の位置決め装置。
9. 前記の走査テーブル（５）上に、プリズムおよび基準ミラーを配置することのできる、請求項１から８のうちの１項に記載の位置決め装置。