JPH0696014B2 - 眼科用デイジタル超音波計測器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 眼科学の分野で最も一般的な光の屈折誤差が近視であ
る。近年、放射状角膜切開術（RK）等の処置によってこ
のような屈折誤差を修正する方法がとられるようになっ
ている。この切開術では角膜に精確な深さで一連の切開
を行ない、角膜の湾曲度、ひいては屈折力を変更する。
RK手術に必要な切開の長さおよび数は所要の光学的修正
の度合によって変化する。そして切開の深さが、この外
科的手術を成功させる上で非常に重要な条件となる。深
さが不十分だと修正が不完全になり、また深すぎても修
正が過度になったり、角膜を貫通して眼に重大な損傷を
与える怖れがある。従って角膜の厚さを正確に測定する
ことがRK手術を安全かつ十分に行なう上で不可欠であ
る。

角膜の厚さを測定する計測器は厚度計と呼ばれる。初期
の厚度計は純粋な光学装置であったが、不正確であるこ
とが証明されている。今日では角膜厚の測定に超音波技
術が日常的に用いられるようになっている。現在の計器
は全て、超音波プローブを使用してこれを眼に接触さ
せ、プローブをほぼオシロスコープの大きさの机上装置
にケーブルを介して取付けるようにしている。装置の中
にはトランスジューサトレーシングを表示する小型オシ
ロスコープスクリーンを有するものもあるが、それより
新しい装置では角膜厚のディジタル読取値を直接装置上
に表示するようになっている。エコーを標本化する速度
が厚さ測定の精度を決定する。CMOSディジタル装置は最
近の半導体技術を用いても40MHzで11ビット同期計数シ
ステムを確実に作動することができない。

従って、感度、分解能、精度がより高い測定を達成する
ためには、40MHz領域の周波数で超音波エコーを標本化
できるCMOS形システムを考案することが有用と考えられ
た。

眼科において最も一般的に行なわれている手術は白内障
の外科手術である。白内障は眼球内部の生物学的レンズ
が不透明化するものであり、白内障の摘出には、数種類
の技術のうち何れかを用いて不透明化したレンズ物質を
除去する方法をとる。除去が終わると人工レンズを移植
して眼の光学的完全性を回復することができ、厚い白内
障用眼鏡やコンタクトレンズを使用する必要が無くな
る。

白内障の手術を行なう際、移植する眼内レンズ（IOL）
の正確な拡大能力を算出するためにいくつかの測定が必
要である。重要な変数としては角膜湾曲度（湾曲度測
定）、眼の大きさ（軸方向の長さ）、眼内のどの位置に
IOLを移植するか（前室か後室か）を挙げることができ
る。軸方向の長さの測定は生体計測尺と呼ばれる装置に
よって超音波的に行なう。このような計測器によって、
眼の主な内部構造を影像化し、その寸法を測定すること
ができる。真の軸方向長さを測定する上で重要なのは、
眼の視軸に沿って測定する角膜から網膜までの距離であ
る。初期の生体計測尺は圧電トランスジューサを手持ち
式プローブの中に使用し、このプローブをケーブルを介
してオシロスコープに取付けていた。検査を行なう人が
オシロスコープ信号を視覚的に評価して軸方向走査を見
分けることが必要であった。第２世代の計器もやはり、
検査者が軸方向走査と一致するパターンを検出すること
が必要であった。その後電子技術を用いて所望の測定値
をミリメートル単位で算出、表示するようになってい
る。眼の軸方向長さを表示するのにマイクロプロセッサ
技術を用いてエコーの波形を評価し、眼の軸方向長さを
できるだけ正確に示す読取値をディジタル表示する携帯
式ディジタル生体計測尺であれば望ましいと考えられ
る。

発明の要約 本発明の眼の角膜厚（厚度計）または軸方向長さ（生体
計測尺）を測定する完全携帯式ディジタル超音波計器に
係る。厚度計としては角膜厚を液晶ディスプレイ（LC
D）上にディジタル表示する。厚度計は20MHzの固相圧電
トランスジューサと、マイクロプロセッサと、ゲートア
レーと、ハイブリッドアナログ受信器と、液晶ディスプ
レイと、４つの電池とを含む。生体計測尺としては、10
MHzトランスジューサを用いて軸方向長さを測定し、マ
イクロプロセッサのソフトウェアで修正する。小型のピ
ンジャックコネクタを用いて該装置をマイクロコンピュ
ータ、パーソナルコンピュータ、プリンタ等の電子装置
に連結することもできる。トランスジューサおよび眼内
の各種界面から生成される超音波エコーを40MHzの速度
で標本化する。その結果得られる感度、分解能、精度は
現在存在する他の超音波装置と比べて等しいかそれより
高いものである。40MHzの標本化速から25nsの分解能を
達成することができる。現在のCMOS技術を用いても40MH
zで11ビット同期計数器を確実に作動することは不可能
であるため、40MHzで動作する２ビットグレーコード計
数器を用いて９ビット同期計数器の調時を行なう。エコ
ーが検出されると、３つ連続する測定時間が生成され
る。最初２つの標本期間中にグレーコード計数器を標本
化し、最初と３つ目の標本期間中に９ビット同期計数器
を標本化する。２つのグレーコード標本を比較すること
によって、適正な９ビット標本を選択して、その後に超
音波エコーを検出する結果として生じる後続標本と比較
することができる。この技術を用いることで、９ビット
同期計数器が遷移状態にある間は９ビット標本の選択が
行なわれないようにすることができる。この装置は、非
同期超音波エコー間の時間間隔を高速、高精度に測定す
ることができ、それが眼科分野で必要とされる高精度の
厚さ測定となる。

10MHz固相圧電トランスジューサを20MHzトランスジュー
サに換え、マイクロプロセッサプログラムも変更する
と、その計器は、眼の視軸沿いに測定した角膜から網膜
までの距離である真の軸方向長さの他、眼の主な内部構
造体の寸法を測定する生体計測尺として動作できるよう
なる。この場合もピンジャックコネクタを用いて生体計
測尺をオシロスコープに取付け、そのオシロスコープに
超音波エコーの発生状態を表示させることができる。

従って本発明の目的は２つの非同期的事象の時間間隔を
高速、高精度に測定する方法を達成することである。

本発明の別の目的は、非同期的事象が発生した後の計数
器の高速標本化が、その後の非同期的事象に比較して25
ns以内までの精度になるように保証することである。

好適実施態様の詳細な説明 第1A図を参照すると、筆記具のように握り易い形状とし
たハウジング20から成る計測器が示されている。計測器
先端部は圧電超音波トランスジューサ素子22てあり、Ｓ
字形コネクタ24に装着されている。計測器のその他の機
能部品の中には使用者の第２指先端に近接して前部背面
に配置されている作動ボタン26と、液晶ディスプレイ
（LCD）28と、リセットボタン（不図示）と、着脱式電
池カバー30と、ピンジャックコネクタ32（第４図）が含
まれる。

20MHzトランスジューサ22はプラスチック製の超音波透
過性コンタクトヘッド34と、陥入形圧電超音波トランス
ジューサ22を含んで成る。円錐形のコンタクトヘッド34
がトランスジューサ22に取付けられており、そのトラン
スジューサがＳ字形コネクタ24に取付けられており、コ
ネクタ24が厚度計36のハウジング20につながっている。
トランスジューサ22の裏材は、音響慣性材料であるタン
グステン混入エポキシの0.005インチ片である。圧電ト
ランスジューサ素子の周波数は20MHzであり、ハイブリ
ッドトランシーバによって作動される。このハイブリッ
ドトランシーバはゲートアレーを介してマイクロプロセ
ッサに接続されている。１〜３パルスの電流がハイブリ
ッドトランシーバからトランスジューサに送られる。最
初のエコーが角膜正面に対応し、２番目のエコーが角膜
裏面に対応する。これら２つの角膜エコーの間の時間間
隔が角膜の厚さに比例する。音が角膜組織を通過する速
度は1640m/秒であると推定されるため、標準式を用いて
送信信号と反射エコーの間の時間をミリメートル単位に
変換することができる。

能動トランスジューサ素子は不透明であり、円錐形コン
タクトヘッド34の後方縁部に中心を置いている。コンタ
クトヘッドは透明のアクリル材料で構成されているた
め、手術用顕微鏡の下で計測器先端部がよりはっきり見
える。

トランスジューサ22とコンタクトヘッド34が小型である
ことから、トランスジューサ22によって隠れる角膜の表
面積を最小化することができる。さらにＳ字形コネクタ
24は、使用者が手術用顕微鏡で眼を見ながらコンタクト
ヘッド34を角膜表面と垂直に接触させる時、これを容易
に行なえるように設計されている。透明アクリル製コン
タクトヘッド34とＳ字形コネクタ24を組合わさって、ト
ランスジューサ22を角膜表面に垂直に位置合わせするの
を容易にできるのである。トランスジューサは角膜表面
に対して垂直に位置合わせして、水様液に隣接する角膜
内面から検出可能なエコーを獲得できるようにする必要
がある。また、音響測深の最短距離が実際の角膜厚に相
当する。視軸に対して垂直からわずかでも離れている
と、虚偽の読取値を得る結果となる。

20MHzトランスジューサを有する厚度計を校正するに
は、角膜界面をシミュレートしたアクリル製多段式校正
ブロックを平坦面に配置する。次に厚度計36をブロック
面に対して垂直に保持し、作動スイッチ26を１回押した
後に離す。信号音発生器と小型スピーカで一連のクリッ
ク音を出した後１回信号音を出す。表面からの厚度計読
取値はLSDディスプレイ28に表示される。この出力は、
その表面にプリントされている校正ブロック測定値の0.
01mm以内にすべきである。

この計測器を生体計測尺として使用する場合も同じハウ
ジング20を使用する。計測器先端部は、第1B図に示すよ
うな離隔絶縁器38内部に装着されている10MHz圧電超音
波トランスジューサ素子（不図示）である。音響不整合
の特殊な制動材料を用いることによって、初期エコーの
判定または検出を阻む怖れのある超音波トランスジュー
サの「リンギング」を防止する。計測器のその他の構成
部品の中には、前部背面に使用者の第２の指先端部に近
接して配置された作動ボタン26と、液晶ディスプレイ28
と、リセットボタン（不図示）と、着脱式電池カバー30
とが含まれる。トランスジューサヘッド42は焦点距離24
ミリメートルの集束素子であり、この焦点距離は眼の網
膜に近い領域に相当する。集束素子の直径は0.3インチ
である。集束素子の中心に発光ダイオード40がある。プ
ローブを角膜表面と接触させる間、患者に予め作動させ
た発光ダイオード40を見ておかせる。こうすることで患
者の眼の中心をトランスジューサに置くことができ、軸
方向測定が容易になる。

生体計測尺において、トランスジューサ「リング」の制
動は0.005インチのタングステン混入エポキシ等の音響
不整合材料（不図示）によって行なう。トランスジュー
サ素子の周波数は10MHzであり、ゲートアレーを介して
マイクロプロセッサにつながるハイブリッドトランシー
バによって作動される。眼を通過する時の音の平均速度
はほぼ1560m/秒である。角膜表面に対応する送信信号と
反射エコーとの間の時間間隔を標準式を用いてミリメー
トル単位に変換する。１〜３パルスの電流を送ってトラ
ンスジューサを作動する。超音波信号を送り出した後、
トランスジューサを検出モードに切換える。第１エコー
がトランスジューサと角膜の界面に対応するものであ
り、その後のエコーは全てこれに関連して測定する。角
膜表面から1.5〜５ミリメートルの「窓」の中にある第
２エコーは前方水晶体面に対応する。前方水晶体エコー
から後方1.5〜6.5ミリメートルの窓の中にある第３エコ
ーは後方水晶体面に対応する。第４エコーは角膜表面エ
コーから後方18.5〜29.0ミリメートルにあり、網膜表面
に対応する。第５エコーは、網膜の後方0.29〜2.5ミリ
メートルにあり、強膜表面に対応する。所定の窓の外で
生じるエコーは無視される。

標準化した眼をシミュレートした多重界面を有するアク
リル製ブロックを用いて10MHzトランスジューサを校正
する。このブロックを平坦面に配置した後、トランスジ
ューサヘッド42をブロック表面に対して垂直に保持し、
作動ボタン26を１回押した後に離す。一連のクリック音
が鳴った後、信号音が１回鳴る。この音響源からの生体
計測尺読取値をディスプレイ28に表示する。この時の出
力は、その表面上にプリントされている校正ブロック測
定値の0.1ミリメートル以内とすべきである。

第2A図は20MHzトランスジューサを使用した場合にディ
ジタル読出部28に表示される典型的な情報を示してお
り、第2B図は第1A図の20MHzの代わりに10MHzトランスジ
ューサを使用した場合に表示される典型的な情報を示し
ている。

第３図は頂部カバー42（第1A図）を取外した状態の計測
器に示す平面図である。電池42は計測器後部に配置され
ている。液晶ディスプレイ28を回路基板44（第４図）に
接続し、マイクロプロセッサ46に隣接して配置する。ゲ
ートアレー48も同じ回路基板44上のマイクロプロセッサ
46とハイブリドトランシーバ54の間に配置される。作動
スイッチ26がハイブリッドトランシーバ54とコネクタ24
の間に配置されている。装置全長はほぼ7.25インチ、重
量はほぼ２オンスである。

第４図は、厚度計36のハウジングの20を各種部品を取付
けた状態で示す断面図である。ハウジング20の後端部に
リセットスイッチ50が配置されており、回路基板44の反
対側にあるマイクロプロセッサ46の真下にムラタ小型ス
ピーカー52が配置されている。プリント基板44の真下に
ピンジャック32が配置されている。このピンジャック32
はRS232インタフェース用のもので、厚度計または生体
計測尺から角膜厚または軸方向長さ等のデータをマイク
ロコンピュータ、パーソナルコンピュータ、プリンタ等
の外部器械に送るのに使用する。

計測器の全素子が多層回路基板44に接続されている。基
板から離して酸化銀電池41が４個装着される。回路基板
上にはトランスジューサ信号処理に関連する別個の回路
が装着されている。やはり回路基板上に、ディスプレイ
28へとつながるコネクタ、リセットボタン50、RS232、
ピンジャック32がある。

本発明のシステムによると、非同期超音波エコーを受信
する時間間隔を精密に記録することが可能となる。超音
波エコーは高周波数で標本化するのが望ましい。本発明
のシステムではグレーコード計数器を周波数40MHzに調
時する。エコーを受けると、25ns間隔で３回連続する測
定期間がグレーコード計数器と９ビット計数器の両方を
標本化する。グレーコード計数器標本２つを比較するこ
とによって、９ビット計数器が安定している場合にどの
９ビット計数器標本が生じるかを判定できるが、この時
も精度を25nsにすることができる。このことについては
後に詳述することにする。

第５図は本発明システムの詳細なブロック線図である。
本システムはハイブリッドトランシーバ兼信号処理装置
54と、ゲートアレー48と、マイクロプロセッサ46と、デ
ィスプレイ28とで構成される。ハイブリッドトランシー
バ54は、数十個の別個の構成部品を使用しているが、こ
れらは小型化されたものである。１次回路は受信したエ
コーを整流するための措置を施した多段増幅器である。
20MHzトランスジューサの速度により、ゲートアレー48
はトランスジューサの作動とトランスジューサからの信
号受信の両方を行なう必要がある。ゲートアレー48は次
に、マイクロプロセッサ46に対し、そのマイクロプロセ
ッサに合った速度で信号を送る。先に述べたように、ト
ランスジューサ22に１〜３つの励起パルスが送られた後
にトランスジューサが「受信」モードに切換わる。この
ような励起と受信の周期はほぼ100Hzの速度で行なわれ
る。角膜を通して送られる初期超音波はエコーとの干渉
を防止するため電子的に減衰する必要がある。マイクロ
プロセッサが受信したエコーの前縁の軌跡を辿る。最適
波が確認されると、角膜の内面と後面との最小距離を求
めるサーチが開始される。換言すると励起時間とエコー
受信時間との間の最小遅延をマイクロプロセッサのソフ
トウェアによって求めるのである。角膜厚に関する最小
値が新たに獲得されている限り、処理が継続される。か
すかに聞こえるクリック音が新しく最小値を獲得したこ
とを示す。２〜３秒以上新しい最小値が現われなくなる
と、低い方から８つの値を連続してとってその平均値を
統計的に求め、角膜厚を決定する。この時処理終了を示
す信号音が鳴る。その結果が液晶ディスプレイ28上に表
示される。測定数字はまたASCII形式でRS232ピンジャッ
ク32にも送られる。

計測器を生体計測尺として使用する場合、10MHzトラン
スジューサを用い、角膜に送る初期超音波を物理的かつ
電子的に減衰して角膜前面から離れたところでエコーと
干渉することのないようにする。マイクロプロセッサは
このモードでは別のプログラムを用い、受信エコーの最
小振幅を記録して行く。最小振幅が初期閾値より高い
と、この閾値を徐々に上げて行き、遂にはピークが検出
されないようになる。次に感度を少し上げて、検出が信
号の前縁ではなくピークにおいて行なわれるようにす
る。このような機能は20MHzトランスジューサを用いた
場合と同じである。初期アルゴリズムによってトランス
ジューサヘッドのレベルでの前部角膜スパイクの他、４
つのピークも求める。これら４つのスパイク、すなわち
前部および後部水晶体エコー、網膜エコー、強膜エコー
が最適整合を構成する。15秒たっても４つのピークが検
出されなければ、もう１つの別のモードを開始する。こ
のモードでは読取りを行なうのに３つのピークしか必要
としない。これらの中には水晶体の前部または後部何れ
かのスパイクと網膜スパイクを含む必要がある。水晶体
ピークを両方共確認できる場合、強膜スパイクは選択的
になる。ピーク数が３つより少ないと読取りはなされな
い。３つ以上のスパイクに関して閾値の読取りができる
時、アルゴリズムによって角膜と後極との最長平均距離
を求める。この距離が軸方向長さに相当する。トランス
ジューサヘッドから角膜にかかる圧力が人工的に軸方向
長さを短縮するのでこのアルゴリズムが必要になるので
ある。最大長の継続平均を何れかの情況に保ち、平均が
安定すると読取値を液晶ディスプレイ28（第2B図）に呈
示する。この時にも信号音が鳴る。読取り周期中、より
長い軸方向長さの読取値が新たに確認される毎にかすか
なクリック音が聞こえる。２〜３秒以上新しい最大値が
生じなくなると、最も小さいものから連続してとった値
を統計的に平均化して軸方向長さを決定する。これに対
して上述のような信号音が発生する。アナンシエータ灯
56（第2B図）によって、読取値の決定に用いたピークが
４つか３つかを指示して読取りを完了する。４つの非角
膜ピークをそれぞれ別個のアナンシエータ56として同定
する。従って軸方向長さの同定に使用した実際の波形パ
ターンが使用者に与えられる。

軸方向長さは液晶ディスプレイ上に表示されるだけでな
く、ASCII方式でRS232ピンジャック32（第４図）にも送
られる。また、実際の波形をオシロスコープに伝送する
こともできる。

無水晶体症の場合、後部水晶体スパイクと後部水晶体ス
パイクが得られない。適正な屈折力の二次レンズ移植を
行なうために軸方向長さの算出が必要となる。複数のイ
ンタフェースを整合して軸方向走査を確実に行なえるよ
うにできないため、このような測定の信頼性は無水晶体
症患者に必要とされる程度のものとはならない。従って
無水晶体症モードの測定を開始するため、作動ボタン26
をす早く続けて２回押す。次に患者にトランスジューサ
ヘッド42（第1B図）の中央にあるLEDエミッタ40（第1B
図）を見るように言う。閾値同定アルゴリズムを用いて
網膜スパイクと強膜スパイクが同定されると、無水晶体
症検査で行なう評価法と同様の方法で最大長を求める。
その結果をディスプレイ28に表示し、ピンジャック32に
送り、網膜スパイクと強膜スパイクに対応するアナンシ
エータ56をLCD28上で点灯する。

第６図はゲートアレー48の部分ブロック線図である。ク
ロック58は周波数40MHzで動作する。グレーコード計数
器64がライン62を介して40MHzに調時される。クロック5
8はまたリード線60を介して標本パルスゼネレータ90の
調時を行なうのにも使用される。クロック58とグレーコ
ード計数器64の他９ビット計数器92も連続的に、かつ受
信する超音波エコーとは無関係に動作する。超音波エコ
ーがリード線86に受信されると、測定シーケンスが開始
される。グレーコード計数器64は第8A図の２列めに示し
た出力に相当する連続的出力を有する。第8A図に示した
ように、グレーコードのシーケンス出力は00から連続し
て01,11,10と進んだ後に00へ戻る。このようなグレーコ
ード出力が、やはり第8A図の３列めに示した２進数出力
に変換される。従ってグレーコード出力の00は２進数出
力の11または３に相当する。グレーコード出力が00から
01へ移ると同時に、２進数出力も11または３から00また
は０に移ることに注目することが重要である。この遷移
が生じると、９ビット計数器92が１つ進められる。９ビ
ット計数器92は０から511まで２進法で連続的に計数す
る。十進法で511に達すると、計数器がラップアラウン
ドして、受信する超音波エコーとは無関係に再び０から
511までの計数を続ける。ライン85に超音波エコーが到
達すると標本化プロセスが開始される。標本パルスゼネ
レータ90が３つの標本パルスP1,P2,P3を生成し、これら
のパルスがそれぞれリード線102,104,106に送られる。P
1の標本パルスはエコーがリード線86に受信されてから1
00ns後に生じる。25ns後に標本パルスP2が生成され、そ
の後25ns後に標本パルスP3が生成される。標本パルスP1
が標本パルスゼネレータ90によって生成されると、リー
ド線102に標本パルスが存在することによってラッチ68
にグレーコード計数器の出力を標本化させる。それと同
時に標本パルスがラッチ96に送られて、ラッチ96はその
時点での９ビット計数器92の計数値を標本化して保持す
る。標本パルスP2が生じると、標本信号がリード線104
を介してラッチ72に送られ、ラッチ72はグレーコード計
数器64の現在グレーコード計数値の標本をもう１つ取
る。標本パルスP3が生じると、リード線106に標本パル
スが存在することにより、ラッチ98に９ビット計数器92
の標本をもう１つ取らせる。この時点で必要なデータは
獲得されているため、９ビット計数器が遷移状態にある
のと対照的に安定した時点で９ビット計数器92のどの標
本化が行なわれたかを決定することができる。これまで
に説明して来た動作を含むタイミング図を示した第７図
を参照すると、この動作がより良く理解できる。

第７図の波形108は、第６図の40MHzクロック58からの信
号を表わしたものである。波形110はグレーコード計数
器64からの最も有意性の低いビットを表わし、波形112
（G1）はグレーコード計数器64からの他の信号（最も有
意のビット）を表わす。波形114は９ビット計数器92か
らの出力を表わし、波形116はリード線86から標本パル
スゼネレータ90に受信される超音波エコーを表わす。波
形118,120,122が標本パルスゼネレータ（シフトレジス
タ）90において生成される標本パルスP1,P2,P3を表わし
ている。標本パルスゼネレータ90からのクロック58（波
形108）の反対縁にグレーコード計数器を調時して、グ
レーコード標本が準安定状態にならないようにすること
が重要であることに注目を要する。第９図の点線130は
波形110が高くなることを示している。この遷移によっ
て９ビット計数器、すなわち波形114に次の計数への遷
移を開始させる。波形116の立上り縁、すなわち受信エ
コーが生じるのは、この例では９ビット計数器92の遷移
中である。エコー68の前縁と標本パルスP1、波形118の
前縁との間には100nsの組込み遅延があるが、この遅延
は標本化するどのエコーにも存在するものであるため除
去することができる。点線124において９ビット計数器9
2と同様グレーコード計数器64も標本化する。グレーコ
ード計数器は数値01を有しており、９ビット計数器92は
遷移状態にある。従ってラッチ96に記憶した９ビット計
数器の数は、遷移状態の間に記録済みとなっている。次
の標本では点線126に示すようにP2をとる。グレーコー
ドは表8Aに示した二進計数値１に等しい11の状態にあ
る。従ってグレーコードは第8A図１列めの計数０から計
数１の間を遷移している。第９図に参照すると、このこ
とは有効状態が０であり、点線128によって表わされる
標本パルスP3として取った９ビット標本が９ビット計数
器92の遷移状態の間に生じなかったことを示している。
よって点線128で表わされるP3における測定値が９ビッ
ト計数器の標本の有効測定値になる。

この時点では、時間P1とP2に標本化した場合に可能なあ
る種のグレーコード計数器のシーケンスしか存在してい
ないことに注目すべきである。例えば時間P1とP2での標
本が、グレーコード計数器が遷移状態にある時間に来る
とする。このような情況下で発生すると考えられるの
は、P1とP2での連続的グレーコード標本の読取りが00と
00になる、00と01になる、01計数を飛ばして例えば00と
11になるという３種類の事項である。グレーコード計数
器は25ns毎に遷移を行ない、また標本P1とP2の間隔が25
nsであるため、グレーコードの計数を１回以上飛ばして
連続的にP1とP2の読取りを行なうことは不可能である。
この動作をさらに説明したものが第９図である。グレー
コード計数器の出力状態は二進出力に変換されるが、説
明の都合上、二進出力に関して十進数を用いることにす
る。例１から分かるように、最初のP1標本の結果３とい
う二進出力が得られて、その次のP2標本も同じく二進出
力３になった場合、９ビット計数器の第１標本は有効で
ある。同様に最初のP1標本の結果が二進出力３になりP2
標本が二進出力０になった場合、グレーコード計数器に
１回遷移があったことになり、再び９ビット計数器のP1
読取値が有効になる。しかし、グレーコード計数器を２
回連続して標本化した結果、グレーコード計数器の計数
がP1読取値３、P1の読取値１のように飛ばされていた場
合、有効状態は０になる。但し有効状態が０の場合は９
ビット計数器の次の計数を調時したグレーコード計数器
の遷移があったことになる。クロックパルスの直後に遷
移状態があるため、９ビット計数器92のP3標本はP1標本
と対照的に有効になる。

第8B図を参照すると、波長132が９ビット計数器の遷移
を示している。この遷移は列134に示すグレーコード計
数器64が３から０へ遷移する時点に生じるものである。
この遷移の直後に９ビット計数器92の出力は線136の×
印によって表わされる遷移状態となる。従って第９図に
示すようにグレーコード計数器の有効状態が０または１
の時はいつも９ビット計数器92の有効標本がP3標本にあ
り、また有効状態が２または３の時はいつも９ビット計
数器のP1標本が有効になる。また、グレーコード計数器
の二進出力は11ビット計数器の最も有意性の小さいビッ
ト２つを表わしており、これが９ビット計数器92からの
９ビットと第６図の二進変換器によって変換したグレー
コード計数器64の二進出力２つに相当する。グレーコー
ド計数器64は第8B図のようにこれが３から０へ遷移する
時に９ビット計数器を調時しているため、グレーコード
計数器の出力を変換器138によって二進数に変換した後
グレーコード変換器の最初２つのビットを11ビット計数
器の一部として使用することができる。

ゲートアレー48の概略図を付録Ａとして本明細書に添付
する。第６図のブロック線図と本明細書でゲートアレー
についての説明は十分成されており、さらに図面を必要
としないと考えるが、完全性についての疑問が残らぬよ
う完全な概略図を添付する次第である。

作動スイッチを２分間押さなかった場合、マイクロプロ
セッサ46とトランスジューサ素子が自動的に切られて電
力および電池寿命の消費を低減する。この機能は小型の
別個の回路によって成されるが、作動ボタンの押下にも
反応して電池素子やトランスジューサの作動を行なう。

この様に本発明のシステムによって、高速かつ高精度に
非同期エコーと高速標本化回路を相関させる装置が達成
された。これによって現在ある他の眼科用厚度計に比較
して感度分解能、精度が向上し、レンジも大きくなって
いる。

本発明のシステムの好適実施態様について説明して来た
が、当業者にとってはある種の変更や選択的実施も明白
であろう。この開示はこのような変更および選択的実施
も特許請求の範囲に含むことを意図したものである。

【図面の簡単な説明】

第1A図は20MHzトランスジューサを備えた厚度計として
の計測器の斜視図であり、第1B図は10MHzトランスジュ
ーサを備えた生体計測尺を示す斜視図である。 第2A図は20MHzトランスジューサと共に使用するディジ
タルディスプレイを示し、第2B図は10MHzトランスジュ
ーサと共に使用するディジタルディスプレイを示す。 第３図は上部カバーを外した厚度計の平面図である。 第４図は各種構成部品の位置を示す厚度計の側面図であ
る。 第５図は本発明システムの詳細ブロック線図である。 第６図は非同期的事象の間の時間間隔を精密測定する装
置のブロック線図である。 第７図は第６図のブロック線図の所望動作を示したタイ
ミング図である。 第8A図はグレーコードビットのシーケンスとそれに対応
する二進出力を示す表であり、第8B図は第8A図の二進状
態と９ビット計数器の関数との関係を示す。 第９図はいろいろなP1およびP2標本期間におけるグレー
コード計数器の二進状態を示した表である。 20……ハウジング、 22……圧電超音波トランスジューサ、 26……作動ボタン、28……液晶ディスプレイ、 32……ピンジャックコネクタ、36……厚度計、 41……電池、44……回路基板、 46……マイクロプロセッサ、48……ゲートアレー、 54……ハイブリットトランシーバ、 58……クロック、64……グレーコード計数器、 68,72,96,98……ラッチ、 90……標本パルスゼネレータ、 92……９ビット計数器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲアリイ・メザツク アメリカ合衆国、カリフォルニア・91760、 ノーコ、コリドン・アヴエニユー・2656 (72)発明者 ダグラス・ホワイテイング アメリカ合衆国、カリフォルニア・91030、 サウス・パサデイーナ、ストラトフォー ド・アヴエニユー・1019 (72)発明者 ウイリアム・デイリイ アメリカ合衆国、カリフォルニア・91106、 パサデイーナ、サウス・メンター・366 (72)発明者 スコツト・カーンズ アメリカ合衆国、カリフォルニア・91766、 ポモーナ、デイア・クリーク・ロウド・38

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非同期信号を検出して同期信号と相関させ
   る非同期信号検出システムであって、非同期信号を受信
   して複数の標本パルスを生成するための標本パルス装置
   と、 連続的に計数するための計数装置と、 連続的に計数し、前記計数装置の調時を行なうためのグ
   レーコード計数装置と、 第１ラッチと第２ラッチと第３ラッチと第４ラッチを含
   んで成るラッチ装置であって、該ラッチ装置が前記標本
   パルス装置に接続されており、前記第１ラッチと第２ラ
   ッチが前記グレーコード計数装置に接続されており、前
   記第３ラッチと第４ラッチが前記計数装置に接続されて
   おり、前記標本パルスによって前記第１および第２ラッ
   チに前記グレーコード計数装置からのラッチデータをラ
   ッチさせるようになっており、また前記第３ラッチと第
   ４ラッチが前記計数装置からのデータをラッチするよう
   になっているラッチ装置と、 前記第１ラッチおよび第２ラッチからデータを受信して
   変換した後、前記第３ラッチおよび第４ラッチを制御す
   るための変換装置とを含んで成るシステム。
2. 【請求項２】前記第３および第４ラッチに接続されてお
   り、前記第３および第４ラッチから転送されるデータを
   記憶するためのシフトレジスタ装置と、 前記シフトレジスタ装置に接続されており、前記シフト
   レジスタ装置からデータを受信して前記シフトレジスタ
   装置からの前記データを厚さデータに変換するためのマ
   イクロプロセッサ装置と、 前記マイクロプロセッサ装置に接続されており、前記厚
   さデータをディジタルを表示するためのディスプレイ装
   置とを含む、特許請求の範囲第１項に記載のシステム。
3. 【請求項３】パルスを伝送し、非同期パルスを受信して
   前記非同期パルスを非同期信号に変換するためのトラン
   スジューサ装置と、 前記トランスジューサ装置と前記標本パルス装置に接続
   されており、前記トランスジューサ装置からの前記非同
   期信号を受信して処理し、前記非同期信号を前記標本パ
   ルス装置に与えるための送受信器装置とを含む、特許請
   求の範囲第２項に記載のシステム。