JP7440860B2 - 水晶体の透過スペクトル推定システム及び水晶体の透過スペクトル推定方法 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 〔１〕 ＶＩＳＩＯＮ第３１巻第１号、日本視覚学会２０１９年冬季大会抄録集第３４ページ（日本視覚学会発行、発行日平成３１年１月２０日）において発表〔２〕 日本視覚学会２０１９年冬季大会（期日平成３１年１月２９～１月３１日、日本視覚学会主催、開催日（公開日）平成３１年１月３０日）において発表

本発明は、水晶体の透過スペクトル推定システム及び水晶体の透過スペクトル推定方法に関する。

人間の眼の水晶体（以下、単に水晶体と記載する）の光学濃度は加齢に伴って増加することが知られている。水晶体の光学濃度の加齢に伴う変化は、色の感じ方等の視覚的な機能や、１日のリズムの調整等の非視覚的な機能に影響を及ぼすと考えられている。そのため、年齢に応じた水晶体の光学濃度を簡便に測定する技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、測定対象者（以下、単に対象者という場合がある）が感じる光源の眩しさを評価する装置が開示されている。特許文献１に開示された装置では、対象者の眼の水晶体の透過特性を取得し、光源から照射される光のスペクトルと前述のように取得された透過特性に基づいて、対象者の眼の網膜に到達する光のスペクトルを算出する。その後、特許文献１に開示された装置では、対象者が感じる光源の眩しさを表す指標を前述の光のスペクトルに基づいて算出して出力する。

特許文献２には、人間の眼の分光感度特性を簡易に測定する装置が開示されている。特許文献２に開示された装置では、年代別、症状の進行度別等の種別に対応して分類された平均的観察者の分光視感度効率に基づき、測定用の光源から照射される複数の異なる色光に対して同じ分類の平均的観察者が等輝度に感じられる色光間の光強度比を導出する。続いて、特許文献２に開示された装置では、被験者に前記異なる色光で光強度比を変化させた光を観察してもらい、等輝度と感じられるとの報告を受けると、前述のように算出された色光間の光強度比から予め作成された分類対応データに基づいて被験者を対応する分類に振り分ける。その後、振り分けられた分類から被験者の分光感度特性が推定される。

特開２００８－０９３１３１号公報 特開２００８－２３７４９２号公報

しかしながら、上述の特許文献１、２に開示された装置をはじめとする従来の装置では、年齢に応じた水晶体の光学濃度を求める際に、対象者の感覚や応答に頼るところがあり、感覚による誤差等を含んだ光学濃度が算出される場合や、対象者が応答するのが難しいときに測定を行えずに水晶体の光学濃度を求められない場合があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、対象者の感覚に頼らず且つ簡便に水晶体の光学濃度を求めるための水晶体の透過スペクトル推定システム及び水晶体の透過スペクトル推定方法を提供する。

本発明は、以下の態様を含む。
［１］水晶体によって形成される複数の互いに異なる波長の像の輝度を前記複数の互いに異なる波長ごとに実測輝度として測定し、前記像の大きさを前記複数の互いに異なる波長ごとに実測サイズとして測定する像データ実測部と、前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測輝度と前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照輝度との比と、前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測サイズと前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照サイズとの比とに基づいて、前記水晶体の前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度を算出する光学濃度算出部と、前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度に対して所定の条件を満たし且つ前記複数の互いに異なる波長を含む所定の波長範囲について予め得られた既知光学濃度を推定光学濃度として推定する光学濃度推定部と、前記所定の波長範囲の前記推定光学濃度に基づいて前記水晶体の前記所定の波長範囲の透過率を前記水晶体の透過スペクトルとして算出するスペクトル算出部と、を備えた、水晶体の透過スペクトル推定システム。
［２］前記所定の波長範囲について予め得られた既知光学濃度は、前記所定の波長範囲内の波長ごとの前記水晶体の水晶体年齢と前記水晶体年齢に応じた所定の係数とに基づいて算出される、［１］に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
［３］前記像は、前記水晶体の表面のうち硝子体と隣り合う表面での反射によって形成される像である、［１］又は［２］に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
［４］前記複数の互いに異なる波長は、６００ｎｍと、４００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長帯域内の少なくとも１波長と、を含む、［１］から［３］の何れか一つに記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
［５］前記水晶体に前記複数の互いに異なる波長の光を照射する光源をさらに備えた、［１］から［４］の何れか一つに記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
［６］前記水晶体を有する眼の視野内に注視物体が配置された、［１］から［５］の何れか一つに記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
［７］水晶体によって形成される複数の互いに異なる波長の像の輝度を前記複数の互いに異なる波長ごとに実測輝度として測定し、前記像の大きさを前記複数の互いに異なる波長ごとに実測サイズとして測定し、前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測輝度と前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照輝度との比と、前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測サイズと前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照サイズとの比とに基づいて、前記水晶体の前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度を算出し、前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度と、前記複数の互いに異なる波長を含む所定の波長範囲について予め得られた既知光学濃度のうち前記複数の互いに異なる波長を含む所定の予め得られた既知光学濃度との差が最も小さくなる前記既知光学濃度を推定光学濃度として推定し、前記所定の波長範囲の前記推定光学濃度に基づいて前記水晶体の前記所定の波長範囲の透過率を前記水晶体の透過スペクトルとして算出する、ことを含む、水晶体の透過スペクトル推定方法。

上述の検査用照明装置及び検査装置によれば、検査対象部の形状によらずに、検査者が検査対象部からの鏡面反射光の色相を分解して視認できる。

図１は、本発明に係る一実施形態の水晶体の透過スペクトル推定システム（推定システム）の概略図である。 図２は、図１に示す推定システムにおけるプルキンエ像が形成される原理を説明するための側面図である。 図３は、図１に示す推定システムにおけるプルキンエ像の輝度と大きさを説明するための模式図である。 図４は、本発明に係る一実施形態の推定システムの図１とは別の概略図である。 図５は、図１に示す推定システムの光学濃度算出部、光学濃度推定部、スペクトル算出部に関するブロック図である。 図６は、実施例における透過率スペクトル推定システムの一部の概略図である。 図７は、実施例において取得したプルキンエ像の写真である。 図８は、実施例において算出した複数の被験者の水晶体の実測光学濃度の分布を示すグラフである。 図９は、実施例において年齢層ごとに推定した推定光学濃度を示すグラフである。 図１０は、実施例において推定した年齢層ごとの透過スペクトルを示すグラフである。

以下、本発明に係る水晶体の透過スペクトル推定システム及び水晶体の透過スペクトル推定方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明を適用した一実施形態の水晶体の透過スペクトル推定システム１０（以下、単に推定システム１０という場合がある）は、像データ実測部２０と、光学濃度算出部５０と、光学濃度推定部６０と、スペクトル算出部７０と、を備える。

像データ実測部２０は、水晶体３１０によって形成される複数の互いに異なる波長のプルキンエ像（像）１２０の輝度と大きさとを複数の互いに異なる波長ごとに実測輝度と実測サイズとして測定する。プルキンエ像１２０は、角膜や水晶体の表面による反射像である。

一般に、プルキンエ像１２０には、複数の種類がある。複数の種類のプルキンエ像には、例えば図２に示すように、第１のプルキンエ像１２１から第４のプルキンエ像１２４が含まれる。第１のプルキンエ像１２１は、不図示の対象者の眼の入射した入射光２００が対象者の眼の角膜３０２における入射光２００の入射方向の手前側の表面３０２ａで反射したときの反射光２０２によって形成される像である。第２のプルキンエ像１２２は、角膜３０２の表面３０２ａを透過した透過光２０５が角膜３０２における入射光２００の入射方向の奥側の表面３０２ｂで反射したときの反射光２０４によって形成される像である。第１のプルキンエ像１２１及び第２のプルキンエ像１２２は、投影像１３０に対して上下方向及び上下方向に直交する左右方向において反転せず、互いに同じ向きになっている。なお、図２では、第１のプルキンエ像１２１及び第２のプルキンエ像１２２が互いに重ねて例示されている。

第３のプルキンエ像１２３は、角膜３０２の表面３０２ｂを透過した透過光２１０が水晶体３１０における入射光２００の入射方向の手前側の表面３１０ａで反射したときの反射光２０６によって形成される像である。第３のプルキンエ像１２３は、投影像１３０に対して上下方向及び上下方向に直交する左右方向において反転せず、互いに同じ向きになっている。第４のプルキンエ像１２４は、水晶体３１０の表面３１０ａを透過した透過光２１５が水晶体３１０における入射光２００の入射方向の奥側の表面３１０ｂで反射したときの反射光２０８によって形成される像である。第４のプルキンエ像１２４は、投影像１３０に対して上下方向及び上下方向に直交する左右方向において反転し、互いに逆向きになっている。

像データ実測部２０は、第４のプルキンエ像１２４の輝度と大きさとを測定する。図２に示すように、反射光２０４は、角膜３０２の表面３０２ｂから出射した後に表面３０２ａを通って屈折するため、反射光２０２に対して傾斜する。但し、角膜３０２は非常に薄い（例えば、水晶体３１０の最大厚みに比べて薄い）ので、反射光２０２、２０４は互いに略平行であるといえる。一方、反射光２０８は、水晶体３１０の表面３１０ｂから出射した後に、表面３１０ａ、及び角膜３０２の表面３０２ｂ、３０２ａを順次通る度に屈折する。そのため、反射光２０８は、反射光２０２、２０４、２０６よりも反射光２０２に対して傾斜する。つまり、角膜３０２の表面３０２ａを出射した反射光２０８（以下、単に反射光２０８という。）と入射光２００とがなす角度θ４は、他の反射光２０２、２０４、角膜３０２の表面３０２ａを出射した反射光２０６の各々が入射光２００とがなす角度（図示略）の各々よりも大きい。

水晶体３１０は、硝子体３３０と隣り合っている。硝子体３３０は、水晶体３１０に対して入射光２００の入射方向の奥側にある。即ち、第４のプルキンエ像１２４は、水晶体３１０の表面のうち硝子体３３０と隣り合う表面３１０ｂでの反射によって形成される像である。

図１に示すように、像データ実測部２０は、例えば光源２２と、光ファイバ２４と、成形用フィルタ２８と、撮像カメラ３０と、を備える。光源２２からは、少なくとも複数の互いに異なる波長を含む多色光を出射される。光ファイバ２４の入力端は、光源２２の出射部に接続されている。光源２２は、例えば多色光として白色光を点灯可能な不図示のキセノンランプと、バンドパスフィルタと、を備える。光源２２の内部におけるバンドパスフィルタの回転に伴い、キセノンランプの多色光のうち複数の互いに異なる波長λ１、・・・、λｍの光ＩＬ１、・・・、ＩＬｍがバンドパスフィルタ透過を透過し、光ファイバ２４に入力され、光ファイバ２４の出力端２５から出射される。ｍは、複数の互いに異なる波長の数を表し、２以上の自然数である。波長λ１、・・・、λｍは、６００ｎｍと、４００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長帯域内の少なくとも１波長と、を含むことが好ましい。

成形用フィルタ２８は、板面が光ファイバ２４の出力端２５から出射された光ＩＬ１、・・・、ＩＬｍの光軸（図１の破線）に対して略直交する姿勢で、光ファイバ２４の出力端２５から離れた位置に設けられている。成形用フィルタ２８の中央部分には、例えば直径約３ｍｍの孔が形成されている。光ＩＬ１、・・・、ＩＬｍは、成形用フィルタ２８に形成されている孔を通り、所定の形状に成形される。光ＩＬ１、・・・、ＩＬｍは、進路上に配置された測定対象の眼３５０に照射される。

撮像カメラ３０は、眼３５０における水晶体３１０の表面３１０ｂで反射された反射光ＲＬ１、・・・、ＲＬｍを受光し、波長λ１、・・・、λｍごとの第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍを撮像する。撮像カメラ３０で撮像された第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍに関する情報は、ケーブルを介してパソコン等の計算機４０に送信される。

計算機４０は、光学濃度算出部５０、光学濃度推定部６０及びスペクトル算出部７０を備える。但し、図１及び後述する図３では、光学濃度算出部５０、光学濃度推定部６０、スペクトル算出部７０及び水晶体３１０は省略されている。

光学濃度算出部５０は、水晶体３１０によって形成され且つ撮像カメラ３０で撮像された第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍの輝度を実測輝度として測定する。また、光学濃度算出部５０は、第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍの大きさを実測サイズとして測定する。例えば、第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍの実測輝度は、第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍの各々の範囲内で輝度の平均値である。同じく第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍの実測サイズは、図３に例示したプロファイルの縦軸の最大値を１としたときの縦軸の１／２に相当する位置のプロファイルの幅（実測位置の距離）であり、図３に例示したプロファイルの所謂半値全幅（full width at half maximum：ＦＷＨＭ）である。また、第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍの実測サイズは、図３に例示したプロファイルの縦軸の最大値を１としたときの縦軸の１／ｅ^２に相当する位置のプロファイルの幅（実測位置の距離）であってもよい。

光学濃度算出部５０は、光学濃度が波長λ１、・・・、λｍに寄らず略一定である眼の第４のプルキンエ像１２４－１、・・・、１２４－ｍについて、実測輝度及び実測サイズの各々と同じ算出方法によって算出された参照輝度及び参照サイズの情報を予め得ている。光学濃度算出部５０は、波長λ１、・・・、λｍの各々の実測輝度と参照輝度との比、及び、波長λ１、・・・、λｍの各々の実測サイズと参照サイズとの比に基づいて、波長λ１、・・・、λｍの各々における実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ１）、・・・、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｍ）を算出する。

光学濃度算出部５０は、波長λ１、・・・、λｍを含む所定の波長範囲について予め得られた複数の既知光学濃度分布のうち、波長λ１、・・・、λｍの各々の複数の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ１）、・・・、ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｍ）の情報を予め得ている。所定の波長範囲は、例えば可視光の波長帯域であり、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲である。複数の既知光学濃度分布は、例えば対象者の年齢に応じた光学濃度分布である。光学濃度算出部５０は、複数の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）のうち、実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）との差が最も小さくなる既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）として推定する。ｋは、１からｍまでの自然数である。

スペクトル算出部７０は、所定の波長範囲の推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）に基づいて水晶体３１０の所定の波長範囲の透過率Ｔ（λｋ）を水晶体３１０の透過スペクトルＴ（λ）として算出する。

光学濃度算出部５０、光学濃度推定部６０及びスペクトル算出部７０は、各々の処理内容を実行するプログラムとして構成され、計算機４０に内蔵されている。

本発明を適用した一実施形態の水晶体の透過スペクトル推定方法は、次に説明する第１工程から第５工程を備える。

第１工程では、像データ実測部２０を用いて、予め所定の波長範囲の光学濃度（既知光学濃度との区別のため、絶対光学濃度と称する）ＺＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）が波長λ１、・・・、λｍに寄らず略一定な（光学濃度が既知である）模擬眼を図１の眼３５０の位置に設定する。入射光ＩＬｋを眼３５０に照射する。続いて、撮像カメラ３０で反射光ＲＬｋを受光し、第４のプルキンエ像１２４－ｋを撮像する。ここで、模擬眼の第４のプルキンエ像１２４－ｋをプルキンエ像Ｒｅｆ［１２４－ｋ］とする。撮像カメラ３０で撮像されたプルキンエ像Ｒｅｆ［１２４－ｋ］に関する情報を計算機４０の光学濃度算出部５０に送信する。

光学濃度算出部５０では、プルキンエ像Ｒｅｆ［１２４－ｋ］を図３に示すように横軸が実測位置で縦軸が輝度であるグラフにプロットしたプロファイルとして表し、そのプロファイルの最大値と半値全幅とを求め、それぞれを参照輝度ＦＬ（λｋ）と参照サイズＦＷ（λｋ）とする。なお、前述のプロファイルの実測位置は、撮像カメラ３０のピクセル数で表される。前述のプロファイルの輝度は、撮像カメラ３０の各ピクセルにおける明るさ即ち諧調によって表される。撮像カメラ３０の各ピクセルと実測時の大きさとはキャリブレーションされ、撮像カメラ３０の各ピクセルにおける明るさ即ち諧調と撮像カメラ３０に入射する光の輝度もキャリブレーションされている。得られた参照輝度ＦＬ（λｋ）及び参照サイズＦＷ（λｋ）は、計算機４０の記憶部４５又は任意のデータベース等に記憶される。

次に、第２工程では、水晶体３１０によって形成される複数の互いに異なる波長λｋの第４のプルキンエ像１２４－ｋの輝度を複数の波長λｋごとに実測輝度ＡＬ（λｋ）として測定し、第４のプルキンエ像１２４－ｋの大きさを複数の波長λｋごとに実測サイズＡＷ（λｋ）として測定する。

詳しく説明すると、対象者の眼を図４の眼３６０の位置に設定し、図４に示すように眼３６０の視野内に注視物体９０を配置する。つまり、推定システム１０では、入射光（複数の互いに異なる波長の光）ＩＬｋの入射方向において水晶体３１０よりも後側に注視物体９０が配置される。

続いて、像データ実測部２０を用いて、第１工程と同様に、成形用フィルタ２８を作動させ、入射光ＩＬｋを眼３５０に照射する。撮像カメラ３０で反射光ＲＬｋを受光し、第４のプルキンエ像１２４－ｋを撮像する。ここで、対象者の眼の第４のプルキンエ像１２４－ｋをプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］とする。撮像カメラ３０で撮像されたプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］に関する情報を計算機４０の光学濃度算出部５０に送信する。

続いて、プルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］を図３に示すように横軸が実測位置で縦軸が輝度であるグラフにプロットしたプロファイルとして表し、そのプロファイルの最大値と半値全幅とを求め、それぞれを実測輝度ＡＬ（λｋ）と実測サイズＡＷ（λｋ）とする。

次に、第３工程では、図５に示すように光学濃度算出部５０において、複数の波長λｋ（ｋ＝１～ｍ）の各々の実測輝度ＡＬ（λｋ）と予め得られた参照輝度ＦＬ（ｋ）との比と、複数の波長λｋの各々の実測サイズＡＷ（λｋ）と予め得られた参照サイズＦＷ（λｋ）との比とに基づいて、対象者の眼の水晶体３１０の複数の波長λｋの各々における実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を算出する。

詳しく説明すると、光学濃度算出部５０において、次に示す（１）式を用いて実測輝度ＡＬ（λｋ）、参照輝度ＦＬ（λｋ）、実測サイズＡＷ（λｋ）及び参照サイズＦＷ（λｋ）から実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を算出する。

次に、第４工程では、光学濃度推定部６０において、複数の波長λｋの各々の実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）と、所定の波長範囲について予め得られた１種類以上の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）のうち、所定の条件として「実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）との差が最も小さくなる」種類の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）として推定する。

詳しく説明すると、例えば予め得られる１種類以上の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）として、心理学・物理学的方法に基づいて求められたもの（例えば、J. van de Kraats et al., 2007参照）が挙げられる。この既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）は、２つの所定の群の係数：第１群の係数｛ｄ_ＲＬ（ａｇｅ）、ｄ_ＴＰ（ａｇｅ）、ｄ_ＬＹ（ａｇｅ）、ｄ_ＬＯＵＶ（ａｇｅ）、ｄ_ＬＯ（ａｇｅ）、ｄ_{ｎｅｕｔｒａｌ}｝、第２群の係数｛Ｍ_ＲＬ（λ）、Ｍ_ＴＰ（λ）、Ｍ_ＬＹ（λ）、Ｍ_ＬＯＵＶ（λ）、Ｍ_ＬＯ（λ）｝によって、次に示す（２）式のように表される。

（２）式の波長λに波長λｋ（ｋ＝１～ｍ）の各々を代入することで、波長λｋの各々の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を得る。（２）式からわかるように、変数である年齢ａｇｅを変更すると、変更した年齢ａｇｅの数と同数の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）が得られる。そこで、波長λｋの各々について、実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）との差が最も小さくなる既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）の年齢ａｇｅを算出し、その年齢ａｇｅを水晶体年齢ＡＧＥとする。光学濃度推定部６０では、（２）式の年齢ａｇｅに水晶体年齢ＡＧＥを代入し、推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）を推定する。

次に、第５工程では、光学濃度推定部６０において、所定の波長範囲の推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）に基づいて眼３６０の水晶体３１０の所定の波長範囲の透過率Ｔ（λ）を水晶体３１０の透過スペクトルとして算出する。

詳しく説明すると、光学濃度推定部６０では、（２）式の年齢ａｇｅに推定年齢ＡＧＥを代入し、第１群の係数を全て定数化した既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）とする。推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）は、任意の波長λのみで求まる関数である。透過率Ｔ（λ）は、推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）によって次に示す（３）式のように表される。

所定の波長範囲が前述のように可視光の波長帯域であり、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲であれば、横軸に少なくとも３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長をとり、縦軸に（３）式で表される透過率Ｔ（λ）をプロットすると、水晶体３１０の透過スペクトルが図示される。

以上の各工程を行うことによって、少なくとも所定の波長範囲に含まれる任意の波長λについて、対象者の眼３６０の水晶体３１０の透過スペクトルが算出される。

以上説明した本実施形態の推定システム１０によれば、像データ実測部２０によって対象者の眼３６０の水晶体３１０から光学的に形成されるプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］に基づき、光学濃度算出部５０、光学濃度推定部６０及びスペクトル算出部７０の各々での計算を経て、任意の波長λにおける水晶体３１０の透過率Ｔ（λ）、即ち水晶体３１０の透過スペクトルが算出される。つまり、眼３６０に複数の波長λｋの光を照射でき且つプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］を撮像さえできれば、対象者の感覚に頼らず且つ簡便に、水晶体３１０の透過スペクトルを算出できる。

また、本実施形態の推定システム１０によれば、既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）は、前記所定の波長範囲内の波長λｋごとの水晶体３１０の水晶体年齢ＡＧＥと水晶体年齢ＡＧＥに応じた第１群の係数（所定の係数）｛ｄ_ＲＬ（ＡＧＥ）、ｄ_ＴＰ（ＡＧＥ）、ｄ_ＬＹ（ＡＧＥ）、ｄ_ＬＯＵＶ（ＡＧＥ）、ｄ_ＬＯ（ＡＧＥ）、ｄ_{ｎｅｕｔｒａｌ}｝とに基づいて算出される。つまり、プルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］から実測輝度ＡＬ（λｋ）と実測サイズＡＷ（λｋ）が得られれば、前述の（１）式から（３）式に従って水晶体３１０の水晶体年齢ＡＧＥを算出すると共に水晶体３１０の透過スペクトルを簡便に算出できる。

また、本実施形態の推定システム１０によれば、プルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］、Ｒｅｆ［１２４－ｋ］は、水晶体３１０の表面のうち硝子体３３０と隣り合う表面３１０ｂでの反射によって形成される像である。そのため、プルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］の実測輝度ＡＬ（λｋ）及び実測サイズＡＷ（λｋ）の双方に水晶体３１０の光学濃度が良好に反映され、推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）及び水晶体３１０の透過スペクトルを高精度に算出できる。また、図１及び図３に例示したように入射光ＩＬｋの光軸と反射光ＲＬｋの光軸との角度θ４を確保できる。このことによって、像データ実測部２０の光源２２、光ファイバ２４、成形用フィルタ２８や撮像カメラ３０を配置しやすくなる。

また、本実施形態の推定システム１０によれば、複数の互いに異なる波長λｋは、６００ｎｍと、４００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長帯域内の少なくとも１波長とを含む。この場合、複数の波長λｋには、例えば基準波長とする６００ｎｍと、６００ｎｍよりも短い波長範囲（即ち、光学濃度が高く、加齢変化が大きい範囲）とが含まれる。そのため、光学濃度の高い波長範囲において、他の波長範囲を用いる場合よりも水晶体３１０の水晶体年齢ＡＧＥ及び水晶体３１０の透過スペクトルを正確に算出できる。なお、６００ｎｍ程度の波長であれば、水晶体の光学濃度の加齢変化が小さく、光学濃度の年齢差が零に近いため、基本的には基準波長を６００ｎｍ以上の可視波長とすることが好ましい。但し、基準波長は被験者の条件等に応じて適宜設定変更してもよい。

また、本実施形態の推定システム１０によれば、水晶体３１０に向けて複数の波長λｋの入射光ＩＬｋを照射する光源２２をさらに備えることで、複数の波長λｋに対して個別に光源等を用意する必要がなく、簡便に且つ省スペースで構成される。

また、本実施形態の推定システム１０によれば、複数の波長λｋの入射光ＩＬｋの入射方向において水晶体３１０よりも後側に、複数の波長λｋのプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］を形成するための注視物体９０が配置されたので、プルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］の撮像時に、水晶体３１０の動きを略止め、プルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］を安定させ、且つ複数の波長λｋごとのばらつきや誤差を抑えることができる。

また、本実施形態の水晶体の透過スペクトル推定方法によれば、上述の推定システム１０を用いて、少なくとも第２工程から第５工程までを行い、対象者の感覚に頼らず且つ簡便に、水晶体３１０の透過スペクトルを算出できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、変更可能である。

例えば、上述の各実施形態において、複数の互いに異なる波長の数は少なくとも２つあればよく、８つ程度であることが好ましいが、２つ以上であれば特に限定されない。また、上述の実施形態では、複数の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）として、（２）式で表されるものを用いたが、任意の波長の関数として表される光学濃度であれば（２）式で表されるものに限定されず用いることができる。

また、上述の推定システム１０では、複数の波長λ１、・・・、λｍの光を出射可能な光源２２と、波長λ１、・・・、λｍごとのプルキンエ像（像）を取得可能な撮像カメラ３０があり、光源２２から出射される入射光ＩＬｋの進行方向及び撮像カメラ３０の撮像方向との角度θ４を確保できれば、光源２２及び撮像カメラ３０と眼３５０、３６０との距離は特に限定されず、眼３５０、３６０に対する光源２２及び撮像カメラ３０の相対配置は制限されない。例えば、ヘッドマウントディスプレイの内側、即ちヘッドマウントディスプレイの筐体内部に、光源２２及び撮像カメラ３０が角度θ４を確保できる相対配置で設けられてもよい。

また、上述の推定システム１０及び水晶体の透過スペクトル推定方法において、プルキンエ像の取得時間は、光源２２から互いに異なる波長の入射光ＩＬｋを出射させる時間に依存する。光源２２におけるバンドパスフィルタの回転時間（即ち、切り替え時間）が短縮され、それに伴い撮像カメラ３０のフレームレートが短縮される程、プルキンエ像の取得時間を短縮でき、より高速に水晶体の透過スペクトルを推定できる。

上述の実施形態の水晶体の透過スペクトル推定方法では、参照輝度ＦＬ（λｋ）と参照サイズ（λｋ）の一例として各波長λｋにおける模擬眼の第４プルキンエ像の輝度と大きさとを取得した。しかしながら、本発明に係る水晶体の透過スペクトル推定方法では、参照輝度ＦＬ（λｋ）と参照サイズ（λｋ）は、実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を算出可能とするものであればよく、模擬眼の第４プルキンエ像の輝度と大きさに限定されない。実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）は眼に入射した各波長λｋの光の強度が例えば第4プルキンエ像として反射される前にどれだけ減衰したかを示す物理量であるから、参照輝度ＦＬ（λｋ）及び参照サイズ（λｋ）は、複数の波長λ１～λｍを含む所定の波長帯域において光学濃度が波長に寄らず略一定なもので形成される像の輝度及び大きさであればよく、例えば所定の波長帯域において所定の光学濃度を有する部材によって形成される像の輝度及び大きさであってもよい。

上述の推定システム１０では、光源２２から出射された光が光ファイバ２４によって導かれ、光ファイバ２４から眼３５０、３６０への入射光ＩＬｋとして出射される。しかしながら、第４のプルキンエ像１２４を撮影できれば、推定システム１０において複数の波長の入射光ＩＬｋを眼３５０、３６０に入射させるための構成は、特に限定されない。例えば、光源２２に波長λ１、・・・λｍの各々の光を発するＬＥＤが設けられれば、バンドパスフィルタやカラーフィルタは不要である。また、光源２２にＬＥＤを用いることで、光源２２から出射される光の強度を適度に低くすることができるため、カバー部材や孔が形成されたフィルタ等が不要である場合が考えられる。このことによって、推定システム１０の小型化を図ることができる。

次いで、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。

本実施例では、図１及び図４で説明した推定システム１０を試作した。試作では、光源２２として、市販のキセノンランプ（型番；ＭＡＸ－３０１、朝日分光株式会社製）及び複数のカラーフィルタを用いた。本実施例では、第４のプルキンエ像１２４を取得するために、４３０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、５００ｎｍ、５２０ｎｍ、５４０ｎｍ、６００ｎｍの合計８つの波長に着目した。前述の８つの波長に対応するように、８つの市販のカラーフィルタ（型番；ＭＸ０４３０、ＭＸ０６００等、朝日分光株式会社製）を用いた。

光ファイバ２４として、市販のライトガイド（型番；ＵＤ０１６４、朝日分光株式会社製）を用いた。図６に示すように、ライトガイドの出射端には、入射光ＩＬｋの進路上に直径３ｍｍの正面視円形の孔が形成されたカバー部材を設けた。カバー部材を、黒に着色したスチレンボードで形成した。キセノンランプからは高強度の白色光が発せられるが、ライトガイドの出射端にカバー部材を設けることで、光源２２からの光ＩＬｋの強度を適度に抑えて眼３６０に照射できる。本実施例では、前述のようにｋ＝８である。

撮像カメラ３０として、市販のＣＭＯＳカメラ（型番；ＢＦＳ－Ｕ３－３２Ｓ４Ｍ－Ｃ、ＦＬＩＲ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．製）を用いた。ＣＭＯＳカメラの受光部に、焦点距離５０ｍｍ、開口数０．０１８の市販の固定焦点レンズ（型番；ＴＥＣＨＳＰＥＣ Ｃ ｓｅｒｉｅｓ ５０ｍｍ ＶＩＳ－ＮＩＲ、エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社製）を設けた。図４に示す注視物体９０には、電球色の発光ダイオード（ＬＥＤ）（順方向電圧ＶＦ＝３．２Ｖ、順方向電流ＩＦ＝２０ｍＡ、光度ＩＶ＝１８０００ｍｃｄ）を用いた。

前述した水晶体の透過スペクトル推定方法に基づき、試作した推定システム１０を用いて、２０歳から３４歳までの若年齢層（Ｙｏｕｎｇ）の被験者１０名と、３５歳から４９歳までの中年齢層（Ｍｉｄｄｌｅ）の被験者９名と、５０歳から７０歳までの高年齢層（Ｏｌｄｅｒ）の７名との合計２６名の被験者の水晶体の透過スペクトルを推定した。図７は、ある被験者の眼によって形成された第１のプルキンエ像、第３のプルキンエ像及び第４のプルキンエ像の一例である。試作した推定システム１０では、カバー部材に形成された孔の直径が小さくなるに従って第１のプルキンエ像、第３のプルキンエ像及び第４のプルキンエ像が互いに離れて識別し易くなる一方、第４プルキンエ像が非常に小さくなる。カバー部材に形成された孔の直径は３ｍｍに限定されないが、一例として３ｍｍとした場合、図７に示すように第１のプルキンエ像、第３のプルキンエ像及び第４のプルキンエ像をそれぞれ識別できるように互いに分離させ、且つ第４のプルキンエ像を感知できることがわかる。

２６名の各被験者の眼３６０によって形成された第４のプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］を撮影し、第４のプルキンエ像Ｍｅａｓ［１２４－ｋ］に関する情報に基づいて実測輝度ＡＬ（λｋ）及び実測サイズＡＷ（λｋ）を測定した。また、光学濃度が可視波長帯域の波長に寄らず一定の市販の模擬眼を用いて参照輝度ＦＬ（λｋ）及び参照サイズＦＷ（λｋ）を測定した。

次に、前述の（１）式に基づいて、各被験者について実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を算出した。即ち、本実施例では、各被験者についてＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（４３０ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（４６０ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（４７０ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（４８０ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（５００ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（５２０ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（５４０ｎｍ）、ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（６００ｎｍ）の８つの実測光学濃度を算出した。図８に、各年齢層（Ｙｏｕｎｇ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｏｌｄｅｒ）の被験者について前述の８つの波長の各々のＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を算出した結果を標準偏差のエラーバー形式で示す。なお、図８では、実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）の標準偏差のエラーバーが年齢層同士で重ならないように、若年齢層については負方向に、中年齢層及び高年齢層については正方向に表示した。

続いて、光学濃度推定部６０において、前述の（２）式の波長λに波長λｋ（ｋ＝１～８、即ち４３０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、５００ｎｍ、５２０ｎｍ、５４０ｎｍ、６００ｎｍの８つの波長）の各々を代入することで、波長λｋの各々の既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）を得た。各被験者の前述の８つの波長の各々での実測光学濃度ＡＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）との差が最も小さくなる既知光学濃度ＦＤ_{ｍｅｄｉａ}（λｋ）の年齢ａｇｅを算出し、水晶体年齢ＡＧＥとした。

続いて、光学濃度推定部６０において、各被験者について求めた水晶体年齢ＡＧＥを前述の（２）式に代入し、推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）（λ＝４３０ｎｍ～６００ｎｍ）を推定した。推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）は（２）によって求まるので、波長λに依存する連続関数として被験者ごとの推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）を得た。図９には、年齢層ごとの水晶体の透過スペクトルの変化の傾向を見るために各年齢層の推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）の平均値を算出した結果を示す。

続いて、算出した各年齢層の平均的な推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）を前述の（３）式に代入し、各年齢層の複数の被験者の水晶体の透過率Ｔ（λ）（以下、平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）とする。）を算出した。図１０に、各年齢層の３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視波長帯域の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）、即ち各年齢層の複数の被験者の可視波長帯域における水晶体の平均的な透過スペクトルを算出した結果を示す。

以上説明したように、本実施例では、前述した水晶体の透過スペクトル推定方法に基づき、３つの年齢層の合計２６名の各被験者の水晶体の第４プルキンエ像を取得することによって、３つの年齢層の水晶体の平均的な透過スペクトルを算出した。図１０に示す３つの透過スペクトルから、年齢層による水晶体の透過スペクトルの変化の傾向を読み取ることができる。

例えば、図１０に示すように、４００ｎｍから７００ｎｍの波長帯域全体において、若年齢層（Ｙｏｕｎｇ）に比べて中年齢層（Ｍｉｄｄｌｅ）の方が水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）が低く、さらに中年齢層（Ｍｉｄｄｌｅ）に比べて高年齢層（Ｏｌｄｅｒ）の方が水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）が低かった。このことから、既に知られているように、水晶体の光学濃度は加齢に伴って増加することが示された。しかしながら、本実施例では、図１０に示すように、若年齢層と中年齢層との平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差、及び中年齢層と高年齢層との平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差をそれぞれ３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視波長帯域にわたって定量的に透過スペクトルとして得ることができた。このことによって、若年齢層と中年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差が３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視波長帯域において一定ではないことがわかり、同様に若年齢層と中年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差が３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視波長帯域において一定ではないことがわかった。また、同じ波長λにおいて、若年齢層と中年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差に比べて中年齢層と高年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差が大きいこと、及び若年齢層と中年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差と中年齢層と高年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差との違いが３８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視波長帯域において一定ではないことがわかった。特に、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の可視波長帯域では、他の可視波長帯域に比べて、中年齢層と高年齢層との水晶体の平均透過率Ｔ_ＡＶＥ（λ）の差が大きくなった。このことから、赤色や緑色の可視光に比べて青色の可視光に対して高年齢層の水晶体の光学濃度が高まるという傾向が得られた。

上述のように、本実施例の結果から、上述の水晶体の透過スペクトル推定方法によれば、複数の所定の波長の第４プルキンエ像を撮影してから、単に所定の波長の水晶体の光学濃度を得るに留まらず、所定の波長を含む可視波長帯域における水晶体の透過スペクトルを算出できることを確認した。可視波長帯域の透過スペクトルを得ることによって、各年代層の水晶体の透過スペクトルの変化に反映される被験者の視覚的な機能及び非視覚的な機能を把握し、被験者に適した診断や生活環境及び使用する補助器具等の提案を行うことができる。

なお、本実施例では、年齢層ごとの水晶体の透過スペクトルの変化の動向を検討するために、各年齢層において複数の被験者の８つの波長の各々での推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）の平均値を算出した。但し、例えば同じ年齢層の中でも被験者個人ごとの水晶体の透過スペクトルの変化を知りたい場合は、各被験者につき８つの波長の各々で推定した推定光学濃度ＥＤ_{ｍｅｄｉａ}（λ）に基づいて（３）式から被験者ごとの透過率Ｔ（λ）を算出してもよい。そのことによって、各被験者の水晶体の透過スペクトルを算出でき、各被験者における水晶体の透過スペクトルの年代による変化や変化の要因と生活習慣等との関連性を調べることができる。

１０ 推定システム（水晶体の透過スペクトル推定システム）
２０ 像データ実測部
５０ 光学濃度算出部
６０ 光学濃度推定部
７０ スペクトル算出部

Claims (7)

1. 水晶体によって形成される複数の互いに異なる波長の像の輝度を前記複数の互いに異なる波長ごとに実測輝度として測定し、前記像の大きさを前記複数の互いに異なる波長ごとに実測サイズとして測定する像データ実測部と、
   前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測輝度と前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照輝度との比と、前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測サイズと前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照サイズとの比とに基づいて、前記水晶体の前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度を算出する光学濃度算出部と、
   前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度に対して所定の条件を満たし且つ前記複数の互いに異なる波長を含む所定の波長範囲について予め得られた既知光学濃度を推定光学濃度として推定する光学濃度推定部と、
   前記所定の波長範囲の前記推定光学濃度に基づいて前記水晶体の前記所定の波長範囲の透過率を前記水晶体の透過スペクトルとして算出するスペクトル算出部と、
   を備えた、水晶体の透過スペクトル推定システム。
2. 前記所定の波長範囲について予め得られた既知光学濃度は、前記所定の波長範囲内の波長ごとの前記水晶体の水晶体年齢と前記水晶体年齢に応じた所定の係数とに基づいて算出される、
   請求項１に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
3. 前記像は、前記水晶体の表面のうち硝子体と隣り合う表面での反射によって形成される像である、
   請求項１又は請求項２に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
4. 前記複数の互いに異なる波長は、６００ｎｍと、４００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長帯域内の少なくとも１波長と、を含む、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
5. 前記水晶体に前記複数の互いに異なる波長の光を照射する光源をさらに備えた、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
6. 前記水晶体を有する眼の視野内に注視物体が配置された、
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の水晶体の透過スペクトル推定システム。
7. 水晶体によって形成される複数の互いに異なる波長の像の輝度を前記複数の互いに異なる波長ごとに実測輝度として測定し、前記像の大きさを前記複数の互いに異なる波長ごとに実測サイズとして測定し、
   前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測輝度と前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照輝度との比と、前記複数の互いに異なる波長の各々の前記実測サイズと前記複数の互いに異なる波長の各々について予め得られた参照サイズとの比とに基づいて、前記水晶体の前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度を算出し、
   前記複数の互いに異なる波長の各々における実測光学濃度と、前記複数の互いに異なる波長を含む所定の波長範囲について予め得られた既知光学濃度のうち前記複数の互いに異なる波長を含む所定の予め得られた既知光学濃度との差が最も小さくなる前記既知光学濃度を推定光学濃度として推定し、
   前記所定の波長範囲の前記推定光学濃度に基づいて前記水晶体の前記所定の波長範囲の透過率を前記水晶体の透過スペクトルとして算出する、
   ことを含む、水晶体の透過スペクトル推定方法。

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