JP2001000393A - ヒトの眼の屈折特性を測定する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 眼の屈折特性を測定して、眼の前面のトポグ
ラフィーマップと、眼全体の屈折力の明視度マップとを
作成し、更に眼を通る際の個別ビームの屈折特性を測定
し、しかも近視、遠視、乱視のほか、コマや球面収差等
の高位の屈折誤差の検出も可能な方法と装置を得る。 【解決手段】 眼１２の角膜１０６に反射させる第１光
ビームを放射する光学装置１４と、眼の網膜１１０に反
射させる第２光ビームを放射する光学装置１６と、第１
と第２の反射光ビームを分離して、或る光路長を有する
第１と第２の複数の個別ビームにする小レンズ列５０
と、前記複数の第１個別ビームおよび前記複数の第２個
別ビームを利用して、それらの光路長を表す角膜トポグ
ラフィーマップおよび眼１２の明視度マップを作成する
コンピュータ装置２２と、前記双方のマップを比較し
て、眼１２の選択光学特性を確定するコンパレータ装置
とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広くはヒトの眼の
屈折特性を診断評価する方法と装置に関するものであ
る。より具体的には、本発明は、視力の矯正に必要かつ
適切な措置の決定および選択に役立つ情報および測定値
（measurements）の収集に関するものである。本発明
は、特にヒトの眼の屈折力の明視度マップ（acuity ma
p）とトポグラフィーマップ（topographical map）を作
成するのに役立つが、それに限定されるものではない。
該マップは、コンタクトレンズや眼鏡等の矯正用具の処
方、または屈折力矯正手術（refractive surgery）を行
う場合の立案に使用できる。

【０００２】

【従来の技術】正視眼（perfect eye）の場合、入射す
る光ビーム（incoming beam of light）は、角膜と水晶
体を通過して、点光源からの光（light）のすべてが眼
の網膜上の同一スポットに収斂するように、集束され
る。この収斂は、ビーム内のすべての光の光路長（opti
cal path lengths）が互いに等しいために生じる。別の
言葉で言えば、正視眼の場合、眼を通るすべての光の通
過時間は、光がたどる個々の光路に関係なく、等しいと
いうことである。しかし、すべての眼が正視なのではな
い。この結果、眼内の光路長が歪められ、互いに等しく
なくなる。したがって、不正視眼（imperfect eye）を
通る点光源からの光は、必ずしも網膜上には結像しな
い、つまり網膜上の同一スポットには集束しない。光
は、眼に入り、眼内を通るさい、角膜の前面（anterior
surface）と、角膜の後面（posterior surface）と、
水晶体の両面とで屈折する。これらすべての屈折の後、
光は、最後に網膜に達する。前述のように、正視眼の場
合、これらすべての屈折の結果、入射ビーム内の光の光
路長には全体として変化が生じない。したがって、それ
らの光路長に不一様な変化による偏向があれば、それら
の偏向は、矯正の必要のある不正視眼を示すことにな
る。

【０００３】総じて、ヒトの眼の視力障害は、光が眼を
通る際に生じる複数の光路長の変化と相違とによって特
徴づけることができる。これらの障害はまれではない。
実際、世界人口のほとんど半分が不正視（imperfect vi
sual perception）に悩んでいる。例えば、多くの人々
が近眼（near-sighted）にかかっているが、これは眼球
が「長すぎる」（近視（myopia））からである。その結
果、対象物の鮮明な像が網膜上にではなく、網膜前方に
結ばれることになる。このため、近視の人の場合、多少
の差はあれ遠景がぼやけて見える。他方、遠視（hypero
pia）は、屈折誤差のために、視軸と平行に眼に入射す
る光線が網膜後方で結像する状態である。遠視が生じる
のは、眼球が、前部から後部へ「短かすぎる」からであ
る。この状態は、普通には遠眼が利く（far-sightnes
s）と呼ばれる。近視の人と異なり、遠視、つまり遠眼
の利く人には、近景が多少の差はあれぼやけて見える。

【０００４】別の屈折異常は乱視である。乱視は、しか
し、近視や遠視とは異なり、眼の屈折面の不一様な曲率
の結果である。乱視の場合、光線は、網膜上に鮮明には
結像せず、多少の差はあれ広い範囲に拡散する。更に、
視力の矯正を要する、より高度の屈折異常も存在し、こ
れにはコマ（coma）や球面収差が含まれる。より詳しく
言えば、コマは、水晶体または水晶体系の収差であり、
それにより視軸外箇所の対象物（off-axis point objec
t）が小さな洋ナシ形状のしみとして結像する。コマ
は、水晶体の複数区域の屈折力が、視軸からの該区域の
距離につれて変化する場合に生じる。他方、球面収差
は、光学系、例えば眼によって形成される像の鮮明度の
減少の結果である。これらの収差は、球面の幾何形状か
ら生じる。

【０００５】従来は、ヒトの眼の単純な屈折誤差（近
視、遠視、乱視）は、1750年頃から眼鏡で修正されてき
た。より近年になり、ほぼ50年前に発明されたコンタク
トレンズが、それらの比較的単純な屈折誤差の矯正に使
用可能になった。更に、エキシマ紫外線レーザーを用い
た屈折矯正レーザー手術（refractive laser surgery）
が、次第に普及しつつある。しかし、これまでのとこ
ろ、眼の光学的な障害を矯正するこれらすべての技術
は、近視または遠視から円柱屈折誤差、いわゆる乱視に
至るまでの誤差の矯正に限定されていた。

【０００６】既述のように、視力（vision）とその屈折
誤差とが、かなり複雑になることがある。他のあらゆる
光学系に似て、単純な屈折誤差に加えて、ヒトの眼に
も、高度の屈折誤差（「収差」）、例えば既述のコマや
球面収差が存在する。どんな場合でも、収差は、理想的
に平らな「波面（wavefront）」（すなわち複数の光路
長が等しい状態）が実世界の光学系によって歪められる
場合に、結果として発生する。これらの歪みが、きわめ
て複雑な形で発生する場合もある。ありふれた事例は、
近視や遠視のような単純な歪みの場合で、その場合は、
簡単な椀状の対称性の歪みが生じる。しかし、より高度
の歪みの場合、始めは平らだった波面に、複雑な不均整
な歪みが生じる結果となる。これらの複雑な不均整な歪
みは、ヒトの各片眼をも含むどの光学系にも一意（uniq
ue）のものであり、見られた光景の、不鮮明な光学的な
像を生じさせる。

【０００７】屈折誤差（収差または歪み）は、光が光学
系の中心を通らないだけでなく、外側区域も通らない場
合には、より著しくなる。特にこれらの収差は、臨界的
な光線状態（例えば薄明）のもとでは、一層明らかにな
る。例えば明るい昼光のもとでは瞳孔が小さくなること
は、よく知られている。しかし、光のレベルが低下する
と、瞳孔は開いて、より多くの光を網膜へ通過させる。
瞳孔が開くと、光線は、眼の中心を通過するのに加え
て、光学的質の低い、眼（例えば光学系）の外側区域を
も通過する。このため、正常な２０／２０の視力（20/2
0 vision）の人でも、臨界的な光線状態のもとでは収差
の程度が高まるため明視度（visual acuity）が低下す
る。

【０００８】患者の視力を改善する通常の手法は、まず
角膜の前面のトポグラフィー（topography）に関して眼
の測定を行うことだった。特に、これらの測定は、ゼル
ニケ（Zernike）の多項式を決定するために行われる。
ゼルニケの多項式は、その場合、角膜の前面を数学的に
記述し、かつモデル化するために使用される。それを実
施することにより、ゼルニケ多項式の位数（order）に
よって、眼の一定の屈折状態が記述できる。例えば、ゼ
ルニケ多項式の１位の項（first order terms）は波面
の傾きを記述し、２位の項は近視、遠視、乱視を記述す
る。３位の項はコマを、４位の項は球面収差を記述す
る。

【０００９】これまで、コマおよび球面収差を含むヒト
の眼の複合収差は測定不可能であり、したがって矯正不
可能だった。その上、「標準的な」いわゆる単純屈折誤
差も、今日でも依然として完全には客観的（objectiv
e）ではない。事実、現在、患者の視力は、通常、近
視、遠視、乱視を測定する自動屈折測定器（autorefrac
tor）を使用して分類される。該システムでは、大まか
ではあるが実際的な成績を得るためには、測定過程での
患者の協力が極めて重要である。更に、この初めの大ま
かな測定の後、視力検査員は、主観的な処置によって矯
正レンズを使用して患者に最も適切な矯正度を見つけな
ければならない。これらの限界は、眼の前面のトポグラ
フィーを確定することに加えて、眼の後面のトポグラフ
ィーを確定することも不可能だったことが、主な原因で
ある。更に、瞳孔拡張時に球面収差がより顕著になる角
膜縁辺区域には、ほとんど注意が向けられてこなかっ
た。これらの欠点を克服するためには、角膜の屈折特性
を測定する新たな形式および方法を吟味する必要があ
る。

【００１０】これまでは、波面並びに波面の収差から見
て光ビームを分析し記述するのが普通の形式だった。そ
の点では、ゼルニケ多項式は有用だった。しかし、光ビ
ームは、別の形式で、また波面に基づくことなく、概念
化が可能である。また、各自の光路長を有する複数の個
別ビーム（individual beams）について考えることも可
能である。特に、比較によって、特定時点で、波面を、
光源からの個別光ビームがたどる異なる一時的光路長と
考えることも可能である。したがって、平らな、または
平面的な波面を有する光ビームは、ビーム中のすべての
光が、等しい一時的光路長の複数の光路をたどる光ビー
ムに相当する。波面は眼の中で不正視により歪められ、
結果として、いわゆる波動収差が生じる。光路長の点で
は、これらの等しい収差は、複数の個別ビームの光路長
の相違の結果と考えられ、これらの相違は、眼を通る際
の光の望ましくない屈折による。

【００１１】既述のように、これまで視力の矯正は、眼
の前面のトポグラフィーについて収集したデータを利用
して角膜を調節することが主だった。その目的に有用な
技術の好例が、ビル(Bille)に交付された米国特許第5、0
62、702号の『角膜トポグラフィーマップ作成装置』に提
案されている。しかし、眼の後面も、また眼を通る光の
屈折に影響する。したがって、更に精密な屈折矯正に
は、角膜厚の追加の情報が必要になる。この目的のため
には、角膜後面のマップが有用であることは疑いなかろ
う。更に、ゼルニケ多項式を利用して得られる低位の視
力収差の総近似値は、限られた目的には有用だろうが、
ゼルニケ多項式により得られる表面モデル（superficia
l models）は、手間がかかる上に、高位の収差の場合に
は精度が低下する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のことに基づき、
本発明の目的は、ヒトの眼の屈折特性を測定する方法と
装置、それも眼の前面のトポグラフィーマップと、ヒト
の眼全体の屈折力の明視度マップとを作成でき、該マッ
プを矯正部材の処方、または手術計画に役立て得る方法
と装置を得ることにある。本発明の別の目的は、ヒトの
眼の屈折特性を、眼を通る際の個別ビームに対する正味
効果（net effect）を考慮に入れて測定する方法と装置
を得ることである。更に、本発明の別の目的は、ヒトの
眼の屈折特性を測定する方法と装置、それも近視、遠
視、乱視に加えて、コマや球面収差等の高位の屈折誤差
（収差）の確定にも使用可能な形式のものを得ることに
ある。更に別の、本発明の目的は、ヒトの眼の屈折特性
を測定する方法と装置、それも極めて使用しやすく、操
作や実施が比較的簡単で、比較的費用効果のよい形式の
ものを得ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明により、眼の屈折
特性を測定する装置は、眼位を正確に確定する光学的サ
ブシステムを含んでいる。より詳しく言えば、このサブ
システムは、眼の全体的なｘ-ｙ位置を確定するための
瞳孔カメラと、眼のｚ位置を精密に確定するための共焦
点検出器とを含んでいる。

【００１４】眼位が確定され、安定化されると、光源を
起動して光ビームを眼へ向け、眼の前面から反射させ
る。装置内には、眼の前面からの反射光を複数の個別ビ
ームに分離するために、小レンズ（lenslet）も配置さ
れている。この複数の個別ビームは、角膜前面のトポグ
ラフィーに応じて各自固有の光路長を有している。これ
らの光路長は、互いに等しいか、または不等であっても
よい。これら複数の個別ビームは、次いでセンサに向け
られる。センサは、コンピュータと協働して角膜のデジ
タル式トポグラフィーマップを作成する。このトポグラ
フィーマップは、したがって角膜前面から反射された個
別光ビーム（individual light beams）の光路長に基づ
いている。本発明の目的の場合、角膜前面から反射され
るビーム中の光は、約840nmの波長を有し、角膜の曲率
中心に結像するのが好ましい。

【００１５】装置内には別の光源が配置され、眼の網膜
から反射させるために、光ビーム（light beam）が眼に
向けられる。このビーム中の光は、眼に到着する際、平
行化され、かつビームの直径は、網膜に向けて瞳孔を通
過する際、約2mm未満であるのが好ましい。その後網膜
から反射される光は、瞳孔を満たし、小レンズへ向けら
れ、該小レンズでは、角膜からの反射光同様、複数の個
別ビームに分離される。これら個別ビームは、眼を通過
する際に生じた特定の屈折に応じて、互いに等しいか、
または不等であってもよい。複数のこれら個別ビーム
は、次いでセンサに向けられる。このセンサも、角膜か
ら反射された個別ビームに関係するセンサ同様、コンピ
ュータと協働する。しかし、網膜から反射された光の個
別ビームは、眼全体のデジタル式明視度マップの作成に
利用される。このように作成された明視度マップは、網
膜から反射された個別光ビーム（individual light bea
ms）の光路長に基づいている。本発明の目的の場合、網
膜から反射されるビーム中の光は、約780nmの波長を有
しているのが好ましい。

【００１６】本発明の場合に意図されているように、角
膜の後面のトポグラフィーを確定するためには、眼の水
晶体の屈折作用を計算に入れねばならない。このことは
２つの仕方で達せられる。近視の場合、患者には、無限
遠点を注視するように要求する。その場合、患者の眼の
水晶体は弛緩するので、基本的な弛緩状態の屈折のみが
生じる。これに対し、遠視の場合、または乳幼児の眼の
場合には、網膜から反射される連続的な複数の個別ビー
ムを数回連続して測定する必要がある。水晶体の焦点を
ぼかした状態で行われるこれらの測定は、集合的に弛緩
状態に対応する。したがって、曲線当てはめ技術（curv
e fitting techniques）を利用して、水晶体の弛緩状態
をデータから外挿できる。角膜後面のトポグラフィーの
確定は、眼全体の屈折特性を確定するために得たデータ
（明視度マップ）から、眼の前面のトポグラフィー（ト
ポグラフィーマップ）を減じることで可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の新規な特徴および発明自
体は、その構成および操作に関して、以下で添付図面に
ついて行う説明により十分に理解されよう。図面では、
同じ部品には同じ符号が付されている。先ず図１には、
ヒトの眼の屈折特性を確定する装置が略示されており、
全体が符号１０で示されている。図１に暗に示されてい
るように、装置１０の使用は、眼１２の診断情報を得る
ためのものである。診断情報を得るために、この装置１
０では、４つの異なる光源を採用し、４つの異なる波長
を使用しており、これらすべてを異なる目的に使用して
いる。より具体的に言えば、装置１０は光源１４を含
み、該光源は、約840nm波長の光ビームを放射するレー
ザーダイオードであるのが好ましい。また別の光源１６
が含まれており、該光源は、約780nm波長の光ビームを
発生させるレーザーダイオードであるのが好ましい。更
に別の光源１８が含まれ、該光源は、約930nm波長の光
ビームを発生させるレーザーダイオードであるのが好ま
しい。最後に、照明器（illuminator）２０が含まれ、
該照明器は、約980nm波長の光ビームを集合的に発生さ
せる複数の赤外線ダイオードを含むことができる。

【００１８】本発明の装置１０が意図するように、コン
ピュータ２２は、前記の各光源１４，１６，１８と照明
器２０とから放射される光を評価するのに使用される。
より詳しく言えば、この評価は、各光源からの光が、眼
１２に向けられ、眼１２から何らかのかたちで反射され
た後に、コンピュータ２２によって行われる。装置１０
内で眼１２から反射されるすべての光の集合効果を考慮
する目的に関しては、恐らく、先ず各光源を個々に計算
に入れ、その特定の光源からの光を、該光が装置１０を
通過する際に追跡するのが最良だろう。

【００１９】前述のように、光源１４は、約840nm波長
の光ビーム２４を発生させる。更に光源１４は、このビ
ーム２４をダイクロイック・ビームスプリッタ（dichro
ic beam splitter）２６へ向ける。このビームスプリッ
タ２６は、840nm波長の光は通過させるが、事実上840nm
未満（例えば780nm）の波長の光は反射する。光ビーム
２４は、ビームスプリッタ２６を通過した後、偏向ビー
ムスプリッタ（polarizing beam splitter）２８によっ
て反射され、レンズ３０，３２を含むビームエキスパン
ダ（beam expander）によって更に搬送される。次いで
光ビーム２４は、ダイクロイック・ビームスプリッタ３
４を通過する。ビームスプリッタ３４は、ビームスプリ
ッタ２６同様、840nm波長の光は通過させるが、780nm波
長の光は反射する。光ビーム２４は、ビームスプリッタ
３４を通過した後、レンズ３６，３８，４０の集合効果
によって拡大され、ダイクロイック・ビームスプリッタ
４２を通過し、ダイクロイック・ビームスプリッタ４４
へ向かう。本発明の目的の場合、ダイクロイック・ビー
ムスプリッタ４２は、約900nm以下の波長の光は通過さ
せるが、約900nm以上の波長の光は反射する。他方、ダ
イクロイック・ビームスプリッタ４４は、約830nm以上
の波長の光は通過させるが、約830nm以下の波長の光は
反射する。したがって、光ビーム２４は、ビームスプリ
ッタ４２，４４の双方を通過する。ビームスプリッタ４
４を通過後、光ビーム２４内の光は、４分の１波長板
（a quarter wave plate）４６を通過し、該波長板によ
り約45#旋回される。次いで、光ビーム２４は、可動の
レンズ４８によって眼１２に焦点が合わされる。

【００２０】眼１２から反射された光ビーム２４は、４
分の１波長板４６を通過し、該波長板により再び45#付
加旋回する。したがって、この反射光ビームは、始めに
光源１４から放射された光ビーム２４内の光に対し約90
#旋回したことになる。更に反射光ビーム２４は、ビー
ムスプリッタ４４，４２，３４を通過する。しかし、４
分の１波長板４６による２重旋回により、光ビーム２４
は、偏向ビームスプリッタ２８によっては反射されな
い。その代わりに、偏向ビームスプリッタ２８は、光ビ
ーム２４を小レンズ列５０へ向け、光ビーム２４は、小
レンズ列５０によって複数の個別ビームに分離される。
これらの個別ビームは、すべて互いに平行であり、小レ
ンズ列５０からダイクロイック・ビームスプリッタ５２
へ向かう。このビームスプリッタ５２は、ビームスプリ
ッタ２６，３４同様、840nm波長の光を通過させる。ビ
ームスプリッタ５２を通過した後、今や光ビーム２４か
ら成る個別ビームは、面積感知検出器（area sensitive
detector）５４により受光され、次いで複数の各個別
信号としてライン５６を経てコンピュータ２２へ送られ
る。好ましくは、面積感知検出器５４は、関連技術分野
で周知の種類のCCDである。

【００２１】光ビーム２４がたどる経路の説明で明らか
にしたのと似た形式で、今度は、光源１６が放射する光
ビーム５８を考えてみる。既述のように、光ビーム５８
は約780nmの波長を有している。したがって、光ビーム
５８は、ダイクロイック・ビームスプリッタ２６と偏向
ビームスプリッタ２８とによって反射される。しかし、
光ビーム２４と異なり、光ビーム５８は、ビームスプリ
ッタ３４によって反射され、レンズ６０とピンホール６
２とに向けられる。更に光ビーム５８は、ダイクロイッ
ク・ビームスプリッタ６４によりレンズ６６に向けら
れ、変向ミラー（turning mirror）６８を経て集束レン
ズ７０を通過する。本発明の目的の場合、ビームスプリ
ッタ６４は、780nm未満の波長の可視光（すなわち780nm
〜380nmの波長域の光）を通過させる必要がある。ビー
ムスプリッタ４４によって反射された後、光ビーム５８
は、４分の１波長板４６により旋回され、集束レンズ４
８によって眼１２に向けられる。重要なことは、光ビー
ム５８が眼１２に向けられる際、光ビーム５８内の光
は、事実上平行にされ、かつ約2mmの直径を有している
ことである。

【００２２】眼１２から反射された光ビーム５８は、再
び４分の１波長板４６によって旋回される。したがっ
て、更にビームスプリッタ４４により反射され、変向ミ
ラー６８によって変向され、ビームスプリッタ６４，３
４によって反射されることになる。光ビーム２４同様、
光ビーム５８は、偏向ビームスプリッタ２８により小レ
ンズ列５０へ向けられる。また、光ビーム２４同様、光
ビーム５８は、小レンズ列５０によって複数の個別光ビ
ームに分離される。今や光ビーム５８から成る複数の個
別光ビームは、ビームスプリッタ５２によって反射さ
れ、面積感知検出器７２へ向かい、該検出器で個別光ビ
ームが各個の信号に変換され、更にライン７４を経てコ
ンピュータ２２へ送られる。

【００２３】光源１８は、既述のように、約930nm波長
の光ビーム７５を発生させる。図１に示すように、この
光ビーム７５は、偏向ビームスプリッタ７６と、レンズ
７８と、ダイクロイック・ビームスプリッタ８０とを通
過してから、ビームスプリッタ４２によって眼１２方向
へ反射される。重要な点は、光ビーム７５が眼１２へ向
けられると、４分の１波長板４６を通過し、かつ該波長
板によって旋回させられる点である。光ビーム７５は、
次いで眼１２から反射され、反射された光ビーム７５内
の光は、再び４分の１波長板４６を通過し、かつ該波長
板によって旋回させられる。ビームスプリッタ４２のと
ころで、光ビーム７５は、ビームスプリッタ７６へ向け
られる。今回は、しかし、光ビーム７５はビームスプリ
ッタ７６を通過しない。そのかわり４分の１波長板４６
により旋回させられたため、光ビーム７５は偏向ビーム
スプリッタ７６によって反射され、ピンホール８１を通
過して、共焦点検出器（confocal detector）８２へ向
かう。光ビーム７５の受光により共焦点検出器８２は信
号を発生させ、該信号がライン８４を経てコンピュータ
２２へ送られる。

【００２４】既述のように、照明器２０は、約980nm波
長の光ビーム８６を発生させる。本発明の場合、照明器
２０は、複数の別個の赤外線ダイオードとして構成でき
るが、またリングとして構成してもよい。いずれの場合
も、図１に示すように、得られる光ビーム８６は直接に
眼１２に向けられる。眼１２からの光ビーム８６の反射
光は、図１に示すように、ビームスプリッタ４４は通過
するが、ビームスプリッタ４２とビームスプリッタ８０
とには反射される。特に、ビームスプリッタ８０の場合
は、光ビーム８６中の、例えば約950nm以上の波長の光
は反射する。したがって、眼１２から反射された光ビー
ム８６中の光は瞳孔カメラ８８に受光され、瞳孔カメラ
８８が発生させる応答信号は、ライン９０を経てコンピ
ュータ２２へ送られる。

【００２５】図１には、またコンピュータ２２がライン
９２を介してレンズ７０と接続されていることが示され
ている。この接続により、コンピュータ２２は、レンズ
７０から得られる光ビーム５８の焦点を調節することが
できる。更に、図１は、コンピュータ２２がライン９４
を介してレンズ４８と接続されていることを示してい
る。この接続により、コンピュータ２２は、光ビーム２
４と光ビーム７５との焦点を調節可能である。図１は、
またコンピュータ２２がフレームグラバ（framegrabbe
r）９６を含み、該フレームグラバにより、面積感知検
出器５４，７２からの信号と、共焦点検出器８２および
瞳孔カメラ８８からの信号との可視表示が得られること
を示す。

【００２６】操作概観すると、装置１０を操作する目的
の場合、光は２つの形式のいずれかで概念化できる。第
１は、光を波面の見地から考え得ることである。第２
は、光を多くの異なる個別分離ビームの集合束と考え得
ることである。これら２つの概念は、言うまでもなく、
それらが同じ光ビームを記述する場合には、互いに関連
づける必要がある。したがって、一方の概念を他方の概
念と融和させるために、波面を、何らかの所定時点に、
共通の源（つまり光源）から、異なる個別ビームのすべ
てがたどる光路長の空間的表現（spatial representati
on）と考えることができる。したがって、図２の（Ａ）
に見られるように、光源から矢印９８の方向に進む屈折
されていない光（unrefracted light）の場合、光は平
面的な波面１００を示すことになろう。別の言葉で言え
ば、光源から波面１００内の位置１０２まで進んだこの
光内の個別ビームの光路長は、光源から波面１００内の
位置１０４まで進んだ個別ビームの光路長と等しい長さ
を有している。しかし、波面１００内の光が眼１２に入
射すると、個別の光ビームは別様に屈折される。

【００２７】解剖学的には、眼１２に入射する光は、網
膜１１０に接触する前に角膜１０６と水晶体１０８とを
通過する必要がある。ヒトの視覚は、入射光がどのよう
に網膜１１０と接触するかに依存することが知られてお
り、また言うまでもなく、スネル法則（Snell's law）
により、眼１２に入射すると、この光が角膜１０６と水
晶体１０８とによって屈折されることも周知である。更
に、網膜１１０から反射されて眼１２のなかを通過して
眼１２から出て来るどの光も、水晶体１０８と角膜１０
６とによって屈折される。これらすべての屈折の結果、
図２の（Ｂ）に見られるように、矢印方向１１４で眼１
２から出る光の波面１１２には歪みが生じる。図２の
（Ａ）と（Ｂ）と比較すると、眼１２による屈折のた
め、平面的な波面１００内の位置１０２から歪んだ波面
１１２内の位置１０２'までの個別ビームの光路長は、
位置１０４から位置１０４'までの個別ビームの光路長
とは異なっている。本発明によって理解できるように、
これらの光路長の差は、個別ビームが眼１２を通ったと
きに受ける各屈折を表している。

【００２８】本発明の装置１０を操作する場合、最初に
装置１０を較正する必要がある。この較正は、眼１２を
平面鏡（図示せず）に置き換えることで可能になる。そ
の場合、光は、光源１４，１６，１８と照明器２０とか
ら装置１０を順次通過し、平面鏡から反射されて装置１
０を通過して戻るようにすることができる。こうするこ
とで、信号が、面積感知検出器５４，７２と、共焦点検
出器８２と、瞳孔カメラ８８とから発生させられる。こ
のようにして発生させた信号は、装置１０の固有光学収
差を表しており、かつ引続き、眼１２から発せられる実
際信号（actualsignals）に利用することができる。

【００２９】装置１０の較正が完了したら、ｘ-ｙ-ｚ方
向での眼１２の精密な空間的位置を確定することが望ま
しい。この確定は、共焦点検出器８２と瞳孔カメラ８８
とを用いて行われる。特に眼１２のｚ位置を確定するた
めには、光源１８が光ビーム７５を放射するように起動
される。本発明の場合、光ビーム７５は、レンズ４８に
よって集束され、角膜１０６の頂点１１４から鏡面反射
される（図３）。この鏡面反射が得られると、コンピュ
ータ２２により検知されるレンズ４８の位置に依存し
て、眼１２の視軸に沿ったｚ方向での眼１２の位置、よ
り詳しく言えば、眼１２の頂点１１４の位置が、確定さ
れる。眼１２のｘ-ｙ方向での位置確定のためには、照
明器２０を動作させる必要がある。特に、眼１２からの
光ビーム８６の反射の強度差を、瞳孔カメラ８８と最終
的にはコンピュータ２２とにより検出して利用すること
により、眼１２のｘ-ｙ方向での位置が確定される。本
発明の場合、この測定に利用する強度差は、瞳孔１１８
の縁辺部での虹彩１１６と水晶体１０８とのコントラス
トによって生じる。ｚ位置が最初に説明したように考え
られるのに対し、ｘ-ｙ位置の確定が、実際には最初に
行なわれ得ることは、当業者には理解できるだろう。

【００３０】装置１０が較正され、眼１２の位置がｘ-
ｙ方向およびｚ方向で確定されると、眼の屈折測定が実
施可能になる。前述の説明により、これらの測定は、眼
１２の長さが既知で、かつ水晶体１０８が屈折の基本弛
緩状態にある場合に行われることを了解する必要があ
る。眼１２の長さ測定は、光源１４を起動する一方、眼
１２の焦点を無限遠点１２４（図１）に合わせることで
可能になる。その場合、集束レンズ７０を、光源１４か
らの光ビーム２４が網膜１１０に集束されるまで、コン
ピュータ２２の要求に従って移動させるか、または装置
１０の操作員が手動で移動させる。この集束状態を得る
ためにレンズ７０の位置を利用することによって、コン
ピュータ２２は、網膜１１０の位置を確定できる。網膜
１１０の位置を知り、かつ眼１２のｚ位置の先行測定に
より得られた頂点１１４の位置を知ることにより、眼１
２の長さを確定できる。この測定により、また言うまで
もなく眼１２が近視か遠視かをも検出できる。

【００３１】図３に見られるように、光ビーム２４が、
矯正なしで眼１２によって網膜１１０の前方位置１２０
に集束され、レンズ７０を移動させて、光ビーム２４の
焦点を位置１２０から網膜１１０の方へ後方移動させる
必要があれば、その眼１２は近視である。これに対し、
光ビーム２４が、再び矯正なしで網膜１１０後方の位置
１２２に眼１２により集束され、レンズ７０の移動によ
って、光ビーム２４の焦点が位置１２２から網膜１１０
の方へ前方移動させる必要があれば、その眼１２は遠視
である。眼１２が近視か遠視かを確定することは、当
然、重要であるだけでなく、続く屈折測定にとっても重
要である。重要な点は、近視の眼１２は、無限遠点１２
４に集束する一方、水晶体１０８が屈折の基本弛緩状態
にあると考えられる点である。他方、前述のように、か
つまた更に詳しく後述するように、眼１２が乳幼児の遠
視の場合は、数回連続的に測定する必要がある。

【００３２】眼１２の角膜１０６の全体的なトポグラフ
ィーの初期測定は、光源１４からの、840nm波長の光ビ
ーム２４を利用して行われる。図１と図４との相互参照
によって、光ビーム２４が、レンズ４８により角膜１０
６の曲率中心１２６へ集束されていることが分かるだろ
う。このように集束させる場合、光ビーム２４は、角膜
１０６の前面１３０の、約7mmに等しい間隔１２８をカ
バーする。重要な点は、光ビーム２４中のいくらかの光
が、角膜１０６の前面１３０によって反射され、装置１
０内を小レンズ列５０へ向けられ、そこで複数の個別ビ
ームに分離される点である。光ビーム２４の反射光内の
これら個別ビームは、次いで面積感知検出器５４によっ
て検出され、該検出器が発生させる信号が、ライン５６
を介してコンピュータ２２に送られる。これらの個別信
号を利用して、コンピュータ２２は、角膜１０６の前面
のトポグラフィーマップを作成できる。

【００３３】本発明の場合、眼１２の屈折測定は、光源
１６が発生させる光ビーム５８を用いて行う。光ビーム
５８には短い780nm波長が選択されているが、これは、
可視範囲に近く、したがって、装置１０内で他の目的に
使用される、より長い波長の光ビームよりも、眼１２の
中を容易に通るだろうからである。光ビーム５８が始め
に眼１２に入射する際、比較的小さい横断面を有するよ
うにすることが重要である。これは、光ビーム５８が眼
１２の中を通って網膜１１０に達する際に生じる光の屈
折を最小化するためである。本発明の場合、光ビーム５
８は、直径を約2mmに制限するのが好ましい。また光ビ
ーム５８は、その光路に沿って光学素子（optics）によ
って調節されるので、レンズ４８を通過して、眼１２へ
向かう際、事実上平行にされて、角膜１０６の前面１３
０に到着する。

【００３４】図３に戻ると、光ビーム５８内の光は、瞳
孔１１８を満たす光ビーム５８'として、網膜１１０か
ら反射されることが分かるだろう。この反射光ビーム５
８'は、次いで装置１０内を通過して小レンズ列５０に
達し、そこで光ビーム２４同様、複数の個別ビームに分
離される。光ビーム２４の個別ビーム同様、光ビーム５
８の個別ビームも面積感知検出器７２へ送られ、該検出
器が発生させる信号がライン７４を介してコンピュータ
２２へ送られる。より詳しく言えば、光ビーム５８の個
別ビームは、眼１２の明視度マップを作成するのに集合
的に利用される。この明視度マップは、眼１２を通る
際、光が受ける屈折を表すものである。

【００３５】基本的な弛緩状態での屈折を示す一方、無
限遠点１２４（図１）に集束する近視の眼１２の場合、
角膜１０６の後面１３２のトポグラフィーが、コンピュ
ータ２２を使用することで確定される。基本的に、この
作業は、眼１２の前面のトポグラフィーマップデータ
と、水晶体１０８の基本弛緩状態での屈折とを、眼１２
全体の明視度マップから減じることで行われる。その結
果が、眼１２の後面のトポグラフィーを確定するのに直
接に使用できるデータとなる。

【００３６】基本弛緩状態での屈折が得られない一方、
無限遠点１２４に集束する遠視の眼１２または乳幼児の
眼１２の場合、連続的に測定を行う必要があり、収集し
たデータを外挿して、基本弛緩状態での屈折を確定す
る。これが可能なのは、眼１２内の水晶体１０８の各焦
点ぼけ状態（defocus condition）と、水晶体１０８に
より生じる対応球面収差との間に概して線形の関係が存
在するからである（図５参照）。したがって、明視度マ
ップを得るための一連の連続測定を行うことにより（光
源１６からの光ビーム５８を用いて）、複数のデータ点
１３４（これらのうち１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃが
図示されている）がプロットできる。図５に見られるよ
うに、データ点１３４のプロットは、直線１３６の同定
に利用でき、データ点１３８は、外挿されることがで
き、水晶体１０８の基本弛緩状態で屈折する際の状態に
対応するものと考えられる。近視の眼１２について先述
したように、このデータは、角膜１０６の前面１３０の
トポグラフィーマップと、眼１２全体の明視度マップと
共に、眼１２の後面のトポグラフィーマップを確定する
ために利用できる。どのような場合にも、収集データは
すべて、操作する医師に、眼１２の極めて詳細な解剖学
的測定値（measurement）を与えるだろう。該測定値
は、矯正素子（corrective elements）の処方または屈
折矯正手術の実施計画に役立つだろう。

【００３７】ここに示し、かつ詳細に開示したヒトの眼
の屈折特性を測定する特定の方法と装置とにより、目的
は十分に達成でき、かつ既述の利点を得ることができる
が、他方、ここには、本発明の、現時点で好ましい実施
例を示したに過ぎず、ここに示した構成または設計の詳
細は、特許請求の範囲の記載にのみ制限されるものであ
ることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の略示図である。

【図２】（Ａ）は、眼の側断面を、入射光の平面的な波
面との関連で示す図であり、（Ｂ）は、眼の側断面を、
眼の屈折特性によって歪んだ反射光の波面との関連で示
す図である。

【図３】眼の側断面を、網膜からの反射光と共に示す図
である。

【図４】眼の側断面を、角膜後面からの反射光と共に示
す図である。

【図５】眼の焦点ぼけ状態と、各焦点ぼけ状態での眼の
水晶体による球面収差との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１０ 装置 １２ 眼 １４，１６，１８ 光源 ２０ 照明器 ２２ コンピュータ ２４，５８，７５,８６ 光源よりの光ビーム ２６,３４,４２,４４,５２,６４,８０ ダイクロイック
ビームスプリッタ ２８,７６ 偏向ビームスプリッタ ３０,３２,３６,３８,４０,４８,６０,６６,７０,７８
レンズ ４６ ４分の１波長板 ５０ 小レンズ列 ５４,７２ 面積感知検出器 ６２,８１ ピンホール ６８ 変向ミラー ８２ 共焦点検出器 ８８ 瞳孔カメラ １００ 波面 １０６ 角膜 １０８ 水晶体 １１０ 網膜 １１２ 歪んだ波面 １１４ 角膜の頂点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 眼の光学特性を測定する装置であって、
   前記眼が角膜、水晶体、網膜の順にそれらを有している
   形式のものにおいて、前記装置が、 第１反射光ビームとして眼の角膜に反射させるために、
   第１光ビームを放射する光学装置と、 前記第１反射光ビームを分離して、各々が或る光路長を
   有する複数の第１個別光ビームにするための小レンズ列
   と、 第２反射光ビームとして眼の網膜に反射させるため、角
   膜と水晶体とを通過する第２光ビームを向ける光学装置
   と、 前記第２反射光ビームを分離して、各々が或る光路長を
   有する複数の第２個別ビームにするための小レンズ列
   と、 前記複数の第１個別ビームを利用して、前記複数の第１
   個別ビームの光路長を表す角膜のトポグラフィーマップ
   を作成するためで、かつまた前記複数の第２個別ビーム
   を利用して、前記複数の第２個別ビームの光路長を表す
   眼の明視度マップを作成するためのコンピュータ装置
   と、 角膜の前記トポグラフィーマップを眼の前記明視度マッ
   プと比較して、眼の選択された光学特性を確定するた
   め、前記コンピュータ装置で操作可能なコンパレータ装
   置とを含んでいる、眼の光学特性を測定する装置。
2. 【請求項２】 眼の光学特性を測定する装置であって、
   眼が前面および後面を有する角膜と、水晶体と、網膜と
   を含む形式のものにおいて、該装置が、 眼の前面のトポグラフィーマップ、それも複数の個別屈
   折測定値を含むトポグラフィーマップを作成するための
   装置と、 眼全体の明視度マップ、それも複数の個別屈折測定値を
   含む明視度マップを発生させる装置と、 弛緩状態の水晶体の収差を確定する装置と、 前記トポグラフィーマップを前記明視度マップと比較す
   る一方、眼の後面用のトポグラフィーを構成するため、
   水晶体の収差を補償するコンピュータ装置とを含む、眼
   の光学特性を測定する装置。
3. 【請求項３】 眼の光学特性を測定する方法であって、
   前記眼が、前面および後面を有する角膜と、水晶体と、
   網膜とを含む形式のものにおいて、前記方法が、 眼の前面のトポグラフィーマップ、それも複数の個別屈
   折測定値を含むトポグラフィーマップを作成する段階
   と、 眼全体の明視度マップ、それも複数の個別屈折測定値を
   含む明視度マップを発生させる段階と、 弛緩状態の水晶体の収差を確定する段階と、 前記トポグラフィーマップを前記明視度マップと比較す
   る一方、眼の後面のトポグラフィーを構成するために、
   水晶体の収差を補償する段階とを含む、眼の光学特性を
   測定する方法。