JP5200518B2

JP5200518B2 - 眼球内物質測定装置

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Publication number: JP5200518B2
Application number: JP2007316944A
Authority: JP
Inventors: 正寿米村; 伊藤　　博; 覚加藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
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Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: JP2009136541A

Description

本発明は、眼球内物質測定装置に係り、特に、被測定者の眼球の特定部位内に含有される物質の濃度を測定する眼球内物質測定装置に関する。

従来より、眼内の物質の濃度を測定する計測器が知られている（例えば、特許文献１）。この計測器では、測定光ビームと基準光ビームとを眼内に照射し、眼底から反射した光を検出して、眼中の物質濃度を決定している。
特表２００４−５３７３５６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、眼球の視線方向が傾いた場合に、眼球内の測定対象の物質を含有可能な領域における光路長が変化することを考慮していないため、物質の濃度を精度よく測定することができない、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、眼球内の測定対象の物質の濃度を精度よく測定することができる眼球内物質測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る眼球内物質測定装置は、被測定者の眼球内の測定対象の物質を含有可能な特定部位を透過して網膜で反射され、かつ、前記物質による光の吸収特性が現れる特定波長を含む波長の第１の光を受光して、受光量を検出すると共に、前記特定部位を透過して網膜で反射され、かつ、前記特定波長を含まない波長の第２の光を受光して、受光量を検出する受光手段と、前記被測定者の眼球の視線方向を特定する特定手段と、前記特定手段によって特定された視線方向に基づいて、前記特定部位における前記第１の光の光路長を推定する光路長推定手段と、前記受光手段によって検出された前記第１の光の受光量、前記検出された前記第２の光の受光量、及び前記光路長推定手段によって推定された前記光路長に基づいて、前記特定部位内の前記物質の濃度を算出する濃度算出手段とを含んで構成されている。

本発明に係る眼球内物質測定装置によれば、被測定者の眼球内の測定対象の物質を含有可能な特定部位を透過して網膜で反射され、かつ、物質による光の吸収特性が現れる特定波長を含む波長の第１の光を、受光手段によって受光して、受光量を検出する。また、特定部位を透過して網膜で反射され、かつ、特定波長を含まない波長の第２の光を、受光手段によって受光して、受光量を検出する。

また、特定手段によって、被測定者の眼球の視線方向を特定し、そして、光路長推定手段によって、特定手段によって特定された視線方向に基づいて、特定部位における第１の光の光路長を推定する。

そして、濃度算出手段によって、受光手段によって検出された第１の光の受光量、検出された第２の光の受光量、及び光路長推定手段によって推定された光路長に基づいて、特定部位内の物質の濃度を算出する。

このように、測定対象の物質を含有可能な特定部位における、光の吸収特性が現れる波長を含む波長の光の光路長を考慮して、特定部位を透過して網膜で反射された光の受光量に基づいて、眼球の特定部位内の物質の濃度を算出することにより、眼球内の測定対象の物質の濃度を精度よく測定することができる。

本発明に係る眼球内物質測定装置は、特定部位を透過して網膜に照射されるように、第１の光を照射する第１光源と、特定部位を透過して網膜に照射されるように、第２の光を照射する第２光源とを更に含むことができる。

本発明に係る第１光源及び第２光源は、異なる２つの位置から、特定部位を透過して網膜に照射されるように第２の光と同じ波長の光を発光し、受光手段は、２つの位置からの光の反射光を受光して、受光量を各々検出し、特定手段は、受光手段によって検出された２つの位置からの光の反射光の受光量に基づいて、視線方向を特定することができる。これによって、２つの位置から特定部位を透過して網膜に照射されるように発光された光の受光量に基づいて、視線方向を特定することができる。また、上記の特定手段は、受光手段によって検出された２つの位置からの光の反射光の受光量を比較して、視線方向を特定することができる。

上記の２つの位置から発光する第１光源は、眼球の網膜に対して特定波長の光を発光し、濃度算出手段は、受光手段によって検出された２つの位置の何れか一方からの第２の光と同じ波長の光の受光量、検出された特定波長の光の受光量、及び光路長推定手段によって推定された光路長に基づいて、特定部位内の物質の濃度を算出することができる。これによって、視線方向の特定用と物質濃度の測定用とに、同じ１つの位置から発光する光を用いるため、簡易な構成とすることができる。

上記の２つの位置から同じ波長の光を発光する発明に係る濃度算出手段は、受光手段によって検出された２つの位置からの第２の光と同じ波長の光の反射光の受光量の比が所定範囲内でない場合には、特定部位内の測定対象の物質の濃度を算出しないようにすることができる。これによって、眼球が濃度測定可能な条件下でない場合に、誤測定を防止することができる。

上記の第１光源は、電流変調により、第１の光及び第２の光を切り替えて発光することができる。

本発明に係る眼球内物質測定装置は、特定部位を透過して網膜に照射されるように、第１の光の波長及び第２の光の波長を含む波長の光を発光する光源を更に含み、受光手段は、特定波長の光を透過させる第１フィルタ及び第２の光の波長の光を透過させる第２フィルタを備え、第１フィルタを透過した特定波長の光を受光して、受光量を検出すると共に、第２フィルタを透過した第２の光を受光して、受光量を検出することができる。

上記の第２の光を、測定対象の物質による光の吸収特性が現れない波長の光とすることができる。これによって、測定対象の物質による光の吸収特性が現れる波長の光と、光の吸収特性が現れない波長の光とを用いて、物質の濃度を精度よく測定することができる。

以上説明したように、本発明の眼球内物質測定装置によれば、測定対象の物質を含有可能な特定部位における、光の吸収特性が現れる波長を含む波長の光の光路長を考慮して、特定部位を透過して網膜で反射された光の受光量に基づいて、眼球の特定部位内の物質の濃度を算出することにより、眼球内の測定対象の物質の濃度を精度よく測定することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、被測定者の眼球内のエタノール濃度を測定する眼球内物質測定装置に本発明を適用した場合を例に説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る眼球内物質測定装置１０は、被測定者の眼球に対して、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１の光、及びエタノールによる光の吸収特性が現れる波長λ２の光を、電流変調により切り替えて発光する第１光源１２と、第１光源１２から発光された照射光の反射光を受光して、受光量を検出する第１光検出器１４と、第１光源１２からの照射光を通過させると共に、眼球内で反射された反射光を反射させて第１光検出器１４へ導くハーフミラー１６と、被測定者の眼球に対して、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１の光を発光する第２光源１８と、第２光源１８から発光された照射光の反射光を受光して、受光量を検出する第２光検出器２０と、第２光源１８からの照射光を通過させると共に、眼球内で反射された反射光を反射させて第２光検出器２０へ導くハーフミラー２２と、第１光源１２及び第２光源１８による発光を制御すると共に、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の検出結果に基づいて、眼球内のエタノール濃度を測定するコンピュータ２４とを備えている。コンピュータ２４は、第１光源１２、第１光検出器１４、第２光源１８、及び第２光検出器２０の各々と接続されている。

第１光源１２と第２光源１８とは、眼球の視線方向が正面を向いているときの視軸に対して対称となる位置に配置されている。また、第１光源１２及び第２光源１８は、被測定者の眼球内のエタノールを含有可能な房水を透過して網膜の眼底部で反射されるように、光を発光する。

ここで、白色光源（波長４００ｎｍ〜１７００ｎｍ）を豚の眼球に照射し、眼底から反射された光の一部を光スペクトルアナライザにて検出する実験を行なうと、図２に示すような結果が得られる。この実験結果から、反射光の受光量による測定に使用できる波長域は、１４００ｎｍ以下であり、８００ｎｍ付近の波長の光を使用すると、最も強い反射光を得ることができることがわかる。

そこで、本実施の形態では、第１光源１２及び第２光源１８は、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１の光として、例えば、１４００ｎｍ以下の波長域の光を用いればよく、特に、８００ｎｍ付近の波長の光を用いることが好ましい。また、使用する波長λ１の光として、後述するエタノールによる光の吸収が０に近い波長の光を用いることが望ましく、例えば、８９０ｎｍの波長の光を用いればよい。

また、エタノール濃度が１０００ｍｇ／ｄＬである水溶液の吸収スペクトルと純水の吸収スペクトルとの差（吸光度差スペクトル）を測定する実験を行なうと、図３に示すような実験結果が得られる。この実験結果では、波長９０６ｎｍ付近と１１８５ｎｍ付近とに、エタノールによる光の吸収特性が現れることがわかる。従って、本実施の形態では、第１光源１２は、エタノールによる光の吸収特性が現れる波長λ２の光として、例えば、９０６ｎｍの波長の光を用いればよい。

コンピュータ２４は、ＣＰＵ、後述する濃度測定処理ルーチンのプログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、ＨＤＤ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このコンピュータ２４を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図４に示すように、第１光源１２及び第２光源１８の各々の発光を制御する光源制御部３０と、第１光検出器１４によって検出された波長λ１の光の受光量、波長λ２の光の受光量、及び第２光検出器２０によって検出された波長λ１の光の受光量を取得する受光量取得部３２と、第１光検出器１４による波長λ１の光の受光量及び第２光検出器２０による波長λ１の光の受光量に基づいて、被測定者の眼球の視線方向を特定する視線方向特定部３４と、視線方向と眼球の房水における第１光源１２からの波長λ２の光の光路長との関係を示した光路長決定テーブルを記憶したテーブル記憶部３６と、視線方向特定部３４によって特定された視線方向及び光路長決定テーブルに基づいて、眼球の房水における第１光源１２からの波長λ２の光の光路長を推定する光路長推定部３８と、推定された光路長、第１光検出器１４による波長λ１の光の受光量、及び波長λ２の光の受光量に基づいて、眼球の房水内のエタノール濃度を算出する濃度算出部４０と、ディスプレイで構成され、算出されたエタノール濃度を表示する表示部４２とを備えている。

次に、被測定者の視線方向の特定方法について説明する。まず、人の目は再帰性の反射特性を示すことが知られている。再帰性の反射特性とは、図５に示すように、光源から眼球に向かって光を照射すると、網膜の眼底部で反射された光が、照射光と同じ光路上を戻る特性である。また、反射光量は、目の視軸に対する入射角度に依存し、視軸に対する入射角度が大きくなるほど、反射光量が小さくなることが知られている（渡邊他、「網膜再帰反射を利用した遠隔サッカード検出手法の研究」、日本バーチャルリアリティ学会論文誌、Ｖｏｌ９、Ｎｏ.１、ｐｐ.１０５−１１４、２００４）。

上記図１に示すように、第１光源１２と第２光源１８とを眼球から等距離に配置して、同一波長λ１の光を眼球に対して照射すると、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の各々によって、図６に示すような受光量Ｉが検出される。

上記図６において、φは視軸の方向（視線方向）の角度であり、θ１、θ２は、視軸の方向の角度が０（正面）の状態における、第１光源１２及び第２光源１８の各々の光路の視軸に対する角度である。θ１＝θ２である場合、φが０であると、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の出力はほぼ同じとなる。また、φが正の方向へ傾くと、第１光検出器１４の出力が減り、第２光検出器２０の出力が増え、一方、φが負の方向へ傾くと、第１光検出器１４の出力が増え、第２光検出器２０の出力が減る。すなわち、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の出力の比を取ると、φ＝０の時、出力比が１となり、φが傾いた場合は、出力比が１より大きくなるか、１より小さくなる。従って、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の出力比から、視軸の方向（視線方向）を特定することができる。

従って、本実施の形態では、上記図６に示すような、視線方向と、第１光検出器１４の受光量及び第２光検出器２０の受光量の各々との関係から、視線方向と、第１光検出器１４の受光量及び第２光検出器２０の受光量の比との関係を求めておく。また、視線方向特定部３４において、第１光検出器１４によって検出された波長λ１の受光量と第２光検出器２０によって検出された波長λ１の受光量との比に基づいて、上記のように求められた視線方向と第１光検出器１４及び第２光検出器２０の受光量の比との関係から、被測定者の視線方向を特定する。

また、第１光検出器１４によって検出された波長λ１の受光量と第２光検出器２０によって検出された波長λ１の受光量との比が所定の範囲を超える場合、対象となる眼球が測定可能な条件下に無い（視線方向が測定可能な範囲を超えている場合や、目を閉じている場合等）と判断することができる。

次に、眼球の房水における波長λ２の光の光路長の推定方法について説明する。まず、眼球内において、測定対象の物質としてのエタノールを含有可能な特定部位として、角膜と水晶体との間にある房水がある。この房水に光を透過させた場合、エタノールによる光の吸光度は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則により、以下の（１）式で表される。
Ｌｏｇ(Ｉ_０／Ｉ_ｔ)＝ｎｋＬ・・・（１）

ここで、Ｉ_０は房水への入射光量、Ｉ_ｔは房水からの出射光量、ｎはエタノールの濃度、Ｌは光路長、ｋは光の波長に対する吸収係数である。即ち、入射光と出射光とから濃度ｎを求める場合、光路長Ｌの値が既知でなければならないが、光の入射角によって、房水における光路長に変化が生じる。

図７に示すように、光が入射する範囲において、角膜の曲率半径が一定であると仮定すると、視軸（視線方向）に沿った光の房水における光路長Ｌ_０が入射角θの光の房水における光路長Ｌ_θと異なるための幾何的な条件は、角膜の後面曲率半径（房水側の曲率半径）Ｒ_ｒがＬ_０と異なることである。一般に、角膜の後面曲率半径は、６．２〜６．８ｍｍであり、視軸に沿った光の房水における光路長（房水深さ）は、２．４〜４．２ｍｍであることが知られている（田幸敏治ら編、「光学的測定ハンドブック」、朝倉書店、１９８１）。ここで、Ｌ_０＝３．００ｍｍ、Ｒ_ｒ＝６．００ｍｍ、θ＝３０ｄｅｇとした場合、Ｌ_θは３．２１ｍｍとなり、視軸に沿った光の房水における光路長に対して、７％の光路長変化を生じることになる。即ち、この変化分を考慮に入れなければ、測定対象の物質の濃度測定に誤差が生じると言える。

本実施の形態では、上述した視線方向（視軸）に対する光の入射角と光路長との関係に基づいて、視線方向に対する入射角毎に、房水における光路長を求めておき、求められた光路長が、視線方向に対する入射角に対応して格納された光路長決定テーブルが、テーブル記憶部３６に記憶されている。

また、光路長推定部３８は、視線方向特定部３４によって特定された視線方向に対する入射角に対応する房水における光路長を、光路長決定テーブルから取得し、光路長の推定値とする。

次に、房水内のエタノール濃度の算出方法について説明する。上記図１に示すように、第１光源１２を用いて、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１（８９０ｎｍ）の光、及び吸収特性が現れる波長λ２（９０６ｎｍ）の光を眼球に照射し、第１光検出器１４によって反射光を検出する場合、波長λ１の光の反射光について第１光検出器１４で検出される受光量Ｉ_ｔ１は、以下の（２）式で表すことができる。

ここで、Ｉ_０１は、第１光源１２による波長λ１の出力光量であり、βは、光路上における全ての光損失を考慮した効率であって、ハーフミラー１６での損失、眼球内での損失（エタノールによる損失は含まない）、及び反射光と第１光検出器１４との結合損失の影響を含んだ値である。

次に、波長λ２の光の反射光について第１光検出器１４で検出される受光量Ｉ_ｔ２は、以下の（３）式で表すことができる。

ここで、Ｉ_０２は第１光源１２による波長λ２の出力光量であり、γは、上記βと同様、光路上における全ての光損失を考慮した効率であって、ハーフミラー１６での損失、眼球内での損失、及び反射光と光検出器との結合損失の影響を含んだ値である。また、ｃは眼内でのエタノールの吸収を考慮した効率である。

上記（２）式と上記（３）式との比を求めると、以下の（４）式が得られる。

ここで、（Ｉ_０２×γ）／（Ｉ_０１×β）は一定の値であるので、αとおくと、上記（４）式から、以下の（５）式が得られる。

なお、αについては、眼内にエタノールが含まれていない状態（ｃ＝１）で、Ｉ_ｔ１とＩ_ｔ２とを測定することにより求めることができる。

また、ｃは、以下の（６）式で表わすことができる。

上記（６）式を上記（５）式に代入すると、以下の（７）式が得られる。

ここで、ｎはエタノールの濃度、ｋはエタノールの吸収係数、Ｌは光路長である。上記（７）式よりｎを求めると、以下の（８）式が得られる。

従って、本実施の形態では、濃度算出部４０において、推定された光路長Ｌ、第１光検出器１４による波長λ１の光の受光量Ｉ_ｔ１、波長λ２の光の受光量Ｉ_ｔ２、既知の値であるエタノールの吸収係数ｋ、予め求められた値αに基づいて、上記（８）式に従って、眼球の房水内のエタノール濃度ｎを算出する。

次に、第１の実施の形態に係る眼球内物質測定装置１０の作用について説明する。まず、被測定者の眼球の視線方向が正面を向いている状態で、眼球の視軸に対して対称となる位置に、第１光源１２及び第２光源１８を配置する。そして、コンピュータ２４において、図８に示す濃度測定処理ルーチンが実行される。

まず、ステップ１００において、第１光源１２から波長λ１の光を発光させると共に、第２光源１８から波長λ１の光を発光させる。第１光源１２からの照射光は、眼球の房水を透過して、網膜の眼底部で反射し、再度房水を透過して、反射光が眼球の外へ出る。そして、第１光検出器１４によって、反射光の受光量Ｉ_ｔ１が検出される。また、第２光源１８からの照射光は、照射光を眼球の房水を透過して、網膜の眼底部で反射し、再度房水を透過して、反射光が眼球の外へ出る。そして、第２光検出器２０によって、反射光の受光量Ｉ_ｔ０が検出される。

そして、ステップ１０２において、第１光検出器１４で検出された受光量Ｉ_ｔ１を取得し、メモリ（図示省略）に記憶し、ステップ１０６において、第２光検出器２０で検出された受光量Ｉ_ｔ０を取得し、メモリに記憶する。

そして、ステップ１０８において、上記ステップ１０２で記憶された受光量Ｉ_ｔ１と上記ステップ１０６で記憶された受光量Ｉ_ｔ０との比を算出し、ステップ１１０で、上記ステップ１０８で算出された受光量の比が、所定範囲内であるか否かを判定する。なお、所定範囲については、実験的または統計的に、眼球の網膜の眼底部で反射するように波長λ１の光を照射したときの受光量の比を予め求め、求められた受光量の比に基づいて、所定範囲を設定すればよい。

上記ステップ１１０で、受光量の比が、所定範囲外である場合には、対象となる眼球が測定可能な条件下に無いと判断し、エタノール濃度を測定せずに、濃度測定処理ルーチンを終了する。一方、受光量の比が、所定範囲内である場合には、対象となる眼球が測定可能な条件下にあると判断し、ステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、上記ステップ１０８で算出された受光量の比に基づいて、被測定者の眼球の視線方向を特定し、ステップ１１４において、上記ステップ１１２で特定された視線方向に対する第１光源１２の入射角、及びテーブル記憶部３６の光路長決定テーブルに基づいて、第１光源１２からの波長λ２の光の房水における光路長を推定する。

そして、ステップ１１６において、第１光源１２から波長λ２の光を発光させ、照射光を眼球の房水を透過させて、網膜の眼底部で反射させ、第１光検出器１４によって、反射光の受光量Ｉ_ｔ２を検出させる。そして、ステップ１１８において、第１光検出器１４で検出された受光量Ｉ_ｔ２を取得し、メモリに記憶する。

次に、ステップ１２０において、上記ステップ１０２で記憶された受光量Ｉ_ｔ１、上記ステップ１１８で記憶された受光量Ｉ_ｔ２、上記ステップ１１４で推定された光路長Ｌ、事前に測定した値α、及び既知の値ｋを用いて、上記（８）式に従って、眼球の房水内のエタノール濃度ｎを算出する。そして、ステップ１２２で、表示部４２に上記ステップ１２０で算出されたエタノール濃度を表示させて、濃度測定処理ルーチンを終了する。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る眼球内物質測定装置によれば、測定対象となるエタノールを含有可能な房水における、光の吸収特性が現れる波長の光の光路長を考慮して、房水を透過して網膜で反射された光の受光量に基づいて、眼球の房水内のエタノール濃度を算出することにより、眼球内のエタノール濃度を精度よく測定することができる。

また、２つの光検出器で検出された受光量の比が所定範囲外であると判定された場合には、眼球が濃度測定可能な条件下でないと判断して、濃度測定を中止し、誤測定を防止することができる。

また、視線方向の特定とエタノール濃度の測定とを一緒に行なうことができる。

また、房水におけるエタノールによる光の吸光度は、房水における光路長に比例するため、光路長を推定することにより、視線方向のばらつきによる測定誤差を減らすことができる。

また、波長λ１、λ２を発生する光源に、電流変調により波長を切り替える１つの半導体レーザを用いることにより、測定系の小型化と低コスト化とを実現することができる。

また、第１光源からの受光量を用いてエタノール濃度の測定を行なうために、第１光源からの波長λ１、λ２の光をともに同じ光路を通過させるため、上記（５）式におけるαについて、最初に１度測定するだけで済ませることができる。

なお、上記の実施の形態では、目の視軸が正面方向を向いている状態において視軸に対して対称となる位置に、第１光源及び第２光源を配置した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、視軸に対して対称とならない異なる２つの位置に、第１光源及び第２光源を配置してもよい。この場合には、視線方向と、第１光検出器の受光量及び第２光検出器の受光量の各々との関係を求めておき、視線方向と、第１光検出器の受光量及び第２光検出器の受光量の比との関係に基づいて、視線方向を特定すればよい。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態に係る眼球内物質測定装置の構成は、第１の実施の形態と同様の構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、鏡を用いた詐称や眼鏡等の反射による誤測定を防止している点が第１の実施の形態と異なっている。

被測定者が鏡を用いた場合や、被測定者が眼鏡等をかけている場合には、以下に説明するように、誤測定が起こりうる。

図９に示すように、第１光源１２と第２光源１８とによって、同一波長λ１の光を眼球に向かって照射し、眼球の視線方向を特定する場合に、眼球の前に鏡を特定の角度で置くと、第２光源１８から出た光（図９の照射光１参照）は、鏡で反射され、反射された光（図９の反射光１参照）が第１光検出器１４によって検出される。逆に、第１光源１２から出た光（図９の照射光２参照）は鏡で反射され、反射された光（図９の反射光２参照）が第２光検出器２０によって検出される。このとき、第１光検出器１４によって検出された受光量と第２光検出器２０によって検出された受光量とが一定以上であれば、測定対象となる眼球が測定可能な条件下にあると判断されてしまう可能性がある。

第２の実施の形態に係る眼球内物質測定装置では、以下に説明するように、第１光源１２及び第２光源１８による発光を時間的に分けて行なう。まず、第２光源１８のみによる発光を行い、第２光検出器２０によって受光量を検出する。次に、第２光源１８による発光を止め、第１光源１２のみによる発光を行い、第１光検出器１４によって受光量を検出する。

このように第１光源１２及び第２光源１８による発光を時間的に分けると、網膜の再帰性反射を利用するため、詐称が無い場合には、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の各々で、一定以上の受光量が検出される。一方、詐称がある場合には、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の各々で検出される受光量が一定以下になる。従って、第１光検出器１４及び第２光検出器２０の各々で検出される受光量が一定以下である場合には、対象となる眼球が測定可能な条件下にないと判断することができる。これによって、鏡を用いた詐称や、眼鏡等の反射による誤測定を防止することができる。

なお、眼球内物質測定装置の他の動作については第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態に係る眼球内物質測定装置の構成は、第１の実施の形態と同様の構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、眼球内のエタノール濃度を測定する処理のプロセスの中で、鏡を用いた詐称や眼鏡等の反射による誤測定を防止している点が、第２の実施の形態と異なっている。

第３の実施の形態に係る眼球内物質測定装置によれば、図１０に示すように、第１光源１２によって波長λ１及び波長λ２の光を発光して、眼球内のエタノール濃度を測定するが、鏡などによる詐称が行われた場合は、反射光が第１光検出器１４で検出されないため、第１光検出器１４で検出される受光量が一定以下となる。従って、第１光検出器１４で検出される波長λ１の光の受光量又は波長λ２の光の受光量が、一定以下である場合に、対象となる眼球が測定可能な条件下にないと判断することができる。これによって、鏡を用いた詐称や眼鏡等の反射による誤測定を防止することができる。

次に、第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第４の実施の形態では、光検出器にフィルタを設け、所定波長の光の受光量を検出している点が第１の実施の形態と異なっている。

図１１に示すように、第４の実施の形態に係る眼球内物質測定装置４１０は、被測定者の眼球に対して、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１、及びエタノールによる光の吸収特性が現れる波長λ２を含む波長域の光を発光する第１光源４１２と、第１光源４１２から発光された照射光の反射光のうち、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々を受光して、受光量を検出する第１光検出器４１４と、ハーフミラー１６と、被測定者の眼球に対して、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１を含む波長域の光を発光する第２光源４１８と、第２光源４１８から発光された照射光の反射光のうち、波長λ１の光を受光して、受光量を検出する第２光検出器４２０と、ハーフミラー２２と、第１光源４１２及び第２光源４１８による発光を制御すると共に、第１光検出器４１４で検出する光の波長を切り替え、第１光検出器４１４及び第２光検出器４２０の検出結果に基づいて、眼球内のエタノール濃度を測定するコンピュータ４２４とを備えている。

第１光検出器４１４は、波長λ１の光を透過させる第１フィルタ及び波長λ２の光を透過させる第２フィルタからなるフィルタ群４１４Ａを備え、コンピュータ４２４による制御に応じて、受光面の前にセットするフィルタを切り替える。第１光検出器４１４は、受光面の前に第１フィルタをセットした場合に、第１フィルタを透過した波長λ１の光を受光して、受光量を検出し、受光面の前に第２フィルタをセットした場合、第２フィルタを透過した波長λ２の光を受光して、受光量を検出する。

第２光検出器４２０は、受光面の前に、波長λ１の光を透過させるフィルタ４２０Ａを備え、フィルタ４２０Ａを透過した波長λ１の光を受光して、受光量を検出する。

また、コンピュータ４２４において、濃度測定処理ルーチンを実行すると、まず、第１光検出器４１４の受光面の前に、波長λ１の光を透過させるフィルタをセットさせる。そして、第１光源４１２によって光を発光させ、照射光を眼球の房水を透過させて、網膜の眼底部で反射させ、第１光検出器４１４によって、フィルタを透過した波長λ１の反射光の受光量を検出させる。また、第２光源４１８によって光を発光させ、照射光を眼球の房水を透過させて、網膜の眼底部で反射させ、第２光検出器４２０によって、フィルタ４２０Ａを透過した波長λ１の反射光の受光量を検出させる。

そして、検出された受光量の比に基づいて、被測定者の眼球の視線方向を特定し、特定された視線方向に対する第１光源４１２からの光の入射角、及び光路長決定テーブルに基づいて、第１光源４１２からの波長λ２の光の房水における光路長を推定する。

次に、第１光検出器４１４の受光面の前に、波長λ２の光を透過させるフィルタをセットさせ、第１光源４１２によって光を発光させ、照射光を眼球の房水を透過させて、網膜の眼底部で反射させ、第１光検出器４１４によって、フィルタを透過した波長λ２の反射光の受光量を検出させる。そして、検出された各受光量及び推定された光路長に基づいて、眼球の房水内のエタノール濃度を算出する。

次に、第５の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第５の実施の形態では、エタノールによる光の吸収特性が現れる波長の光と光の吸収特性が現れない波長の光とが異なる光源によって発光されている点が第１の実施の形態と異なっている。

図１２に示すように、第５の実施の形態に係る眼球内物質測定装置５１０は、被測定者の眼球に対して、エタノールによる光の吸収特性が現れない波長λ１の光を発光する第１光源５１２と、第１光検出器１４と、ハーフミラー１６と、第２光源１８と、第２光検出器２０と、ハーフミラー２２と、エタノールによる光の吸収特性が現れる波長λ２の光を発光する第３光源５２２と、第３光源５２２から発光された照射光の反射光を受光して、受光量を検出する第３光検出器５２４と、第１光源５２２からの照射光を通過させると共に、眼球内で反射された反射光を反射させて第３光検出器５２４へ導くハーフミラー５２６と、第１光源５１２、第２光源１８、及び第３光源５２２による発光を制御すると共に、第１光検出器１４、第２光検出器２０、及び第３光検出器５２４の検出結果に基づいて、眼球内のエタノール濃度を測定するコンピュータ５２４とを備えている。

コンピュータ５２４では、視線方向に対する第３光源５２２からの光の入射角と第３光源５２２からの光の光路長との関係に基づいて予め求められた光路長が格納された光路長決定テーブルが、テーブル記憶部３６に記憶されている。また、光路長推定部３８は、特定された視線方向に対する入射角に対応する光路長を、光路長決定テーブルから取得し、第３光源５２２からの光路長の推定値とする。

なお、眼球内物質測定装置５１０の他の構成については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。また、動作については第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

なお、上記の第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、視線方向に対する入射角と光路長との関係を格納した光路長決定テーブルを用いて、光路長を推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、視線方向に対する入射角と光路長との関係を示す関係式を求めておき、この関係式に従って、視線方向に対する入射角に対応する光路長を推定するようにしてもよい。

また、エタノールによる光の吸収特性が現れる波長の第１の光と、吸収特性が現れない波長の第２の光とを眼球に対して発光する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、第１の光の波長を、吸収特性が現れる波長を含む波長としてもよく、また、第２の光の波長を、第１の光に含まれる吸収特性が現れる波長を含まない波長としてもよい。また、第２の光は、第１の光に含まれる吸収特性が現れる波長を含まなければ、吸収特性が現れる波長を含んでいてもよい。この場合には、第１の光に対する光の吸収係数と、第２の光に対する光の吸収係数とを考慮して導出された式に従って、エタノール濃度を算出するようにすればよい。

また、測定対象の物質をエタノールとした場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、例えば、グルコースを測定対象の物質とし、眼球内の特定部位に含まれるグルコースの濃度を測定するようにしてもよい。

また、第１光検出器の受光量及び第２光検出器の受光量を用いて、眼球の視線方向を特定した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、カメラによって眼球を撮像し、撮像画像に対して画像認識処理を行うことにより、眼球の視線方向を特定するようにしてもよい。

また、エタノールを含有可能な部位が、眼球内の房水である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、エタノールを含有可能であって、視軸上に存在する部位であればよい。例えば、エタノールを含有可能な部位を、結晶体または硝子体としてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る眼球内物質測定装置の構成を示した概略図である。照射する光の波長に応じた反射光の受光量を示すグラフである。照射する光の波長に応じた吸光度の大きさを示すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係る眼球内物質測定装置のコンピュータの構成を示した概略図である。眼球の再帰性の反射特性を示すイメージ図である。第１光検出器の出力、第２光検出器の出力、及び視線方向の関係を示すグラフである。眼球の房水において、視軸に沿った光の房水における光路長と、入射角θの光の房水における光路長とを説明するためのイメージ図である。本発明の第１の実施の形態に係るコンピュータで実行される濃度測定処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。眼球の前に鏡を置く詐称が行なわれた場合を示すイメージ図である。眼球の前に鏡を置く詐称が行われた場合に、反射光が第１光検出器で検出されない様子を示すイメージ図である。本発明の第４の実施の形態に係る眼球内物質測定装置の構成を示す概略図である。本発明の第５の実施の形態に係る眼球内物質測定装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１０、４１０、５１０眼球内物質測定装置
１２、４１２、５１２第１光源
１４、４１４第１光検出器
１６、２２、５２６ハーフミラー
１８、４１８第２光源
２０、４２０第２光検出器
２４、４２４、５２４コンピュータ
３０光源制御部
３４視線方向特定部
３６テーブル記憶部
３８光路長推定部
４０濃度算出部
４１４Ａフィルタ群
４２０Ａフィルタ
５２２第３光源
５２４第３光検出器

Claims

被測定者の眼球内の測定対象の物質を含有可能な特定部位を透過して網膜で反射され、かつ、前記物質による光の吸収特性が現れる特定波長を含む波長の第１の光を受光して、受光量を検出すると共に、前記特定部位を透過して網膜で反射され、かつ、前記特定波長を含まない波長の第２の光を受光して、受光量を検出する受光手段と、
前記被測定者の眼球の視線方向を特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された視線方向に基づいて、前記特定部位における前記第１の光の光路長を推定する光路長推定手段と、
前記受光手段によって検出された前記第１の光の受光量、前記検出された前記第２の光の受光量、及び前記光路長推定手段によって推定された前記光路長に基づいて、前記特定部位内の前記物質の濃度を算出する濃度算出手段と、
を含む眼球内物質測定装置。
前記特定部位を透過して網膜に照射されるように、前記第１の光を照射する第１光源と、
前記特定部位を透過して網膜に照射されるように、前記第２の光を照射する第２光源とを更に含む請求項１記載の眼球内物質測定装置。
前記第１光源及び前記第２光源は、異なる２つの位置から、前記特定部位を透過して網膜に照射されるように前記第２の光と同じ波長の光を発光し、
前記受光手段は、前記２つの位置からの前記光の反射光を受光して、受光量を各々検出し、
前記特定手段は、前記受光手段によって検出された前記２つの位置からの前記光の反射光の受光量に基づいて、前記視線方向を特定する請求項２記載の眼球内物質測定装置。
前記第１光源は、前記眼球の網膜に対して前記特定波長の光を発光し、
前記濃度算出手段は、前記受光手段によって検出された前記２つの位置の何れか一方からの前記第２の光と同じ波長の光の受光量、前記検出された前記特定波長の光の受光量、及び前記光路長推定手段によって推定された前記光路長に基づいて、前記特定部位内の前記物質の濃度を算出する請求項３記載の眼球内物質測定装置。
前記濃度算出手段は、前記受光手段によって検出された前記２つの位置からの前記第２の光と同じ波長の光の反射光の受光量の比が所定範囲内でない場合には、前記特定部位内の測定対象の物質の濃度を算出しない請求項３又は４記載の眼球内物質測定装置。
前記第１光源は、電流変調により、前記第１の光及び前記第２の光を切り替えて発光する請求項２〜請求項５の何れか１項記載の眼球内物質測定装置。
前記特定部位を透過して網膜に照射されるように、前記第１の光の波長及び前記第２の光の波長を含む波長の光を発光する光源を更に含み、
前記受光手段は、前記特定波長の光を透過させる第１フィルタ及び前記第２の光の波長の光を透過させる第２フィルタを備え、前記第１フィルタを透過した前記特定波長の光を受光して、受光量を検出すると共に、前記第２フィルタを透過した前記第２の光を受光して、受光量を検出する請求項１記載の眼球内物質測定装置。
前記第２の光を、前記測定対象の物質による光の吸収特性が現れない波長の光とした請求項１〜請求項７の何れか１項記載の眼球内物質測定装置。