JP2001519196A

JP2001519196A - 角膜辺縁検出を使用したレーザによる眼の手術のための眼球追跡装置

Info

Publication number: JP2001519196A
Application number: JP2000515509A
Authority: JP
Inventors: オルティーン，アイオーン・ティ; シミック，ジョン・ケイ; クラファーム，テレンス・エヌ
Original assignee: ヴィズイクス・インコーポレーテッド
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2001-10-23
Also published as: AU1073499A; WO1999018868A1; EP1026998A4; US6299307B1; CA2305697A1; EP1026998A1

Abstract

(57)【要約】角膜縁（１０）（すなわち白色の強膜（８）と色の付いた虹彩（６）の間の境界面）などの境界を追跡することによって、眼（２）の相対位置を導出するためのシステム、方法、および装置を提供する。これは、強膜（８）と虹彩（６）の間で眼（２）の位置を追跡し、その領域からの反射光を受光する技法である。次いで、反射光の強度を測定して、眼（２）の相対位置を決定する。いくつかの実施形態では、測定領域で境界の周りを走査する。その他の実施形態では、光スポットで、瞳孔（４）の径方向外側のほぼ環状の軌道（２００）の周りを走査する。次いで、反射光の強度に対応する信号を処理し、測定して、眼の位置を決定する。境界を覆う組織（２１０）の組織弁を自動的に検出し、組織弁（２１０）から離れた境界を選択的に測定することができる。本発明は、レーザで眼を手術するシステム（１６）への眼球追跡装置（２０）の統合も実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の背景）本発明は一般に眼の手術に関し、さらに詳細には、人間の眼の位置を追跡する
ためのシステム、方法、および装置に関する。本発明は、フォトリフラクティブ
・ケラテクトミー（photorefractive keratectomy：ＰＲＫ）や、フォトセラピテック・ケラテクトミー（phototherapeutic keratectomy：ＰＴＫ）、レーザイ
ンサイチュ角膜曲率形成（laser in situ keratomileusis：ＬＡＳＩＫ）などの
手術処置中に、眼の位置を追跡するのに特に有用である。例示的な実施形態では
、本発明は、レーザ切開処置中に、眼の位置に基づいて、角膜に向けたレーザ・
エネルギーの空間的および時間的な分布を修正することができるレーザ切開シス
テム中に組み込まれる。

【０００２】眼の手術では、患者の組織の動きを光学的に追跡する、またはこれに追従する
能力は、繊細な眼の組織に精密な手術を施すように設計されたレーザ送出システ
ムできわめて望ましい要素であると認識されている。この眼の追跡には、特殊な
処置で減衰させることができる随意運動だけでなく、生きている患者では制御す
ることがより困難な不随意運動も含まれる。ＡｄｌｅｒのＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ
ｏｆｔｈｅＥｙｅによれば、患者が視覚目標を「安定して」凝視している
ときでも、眼球運動は起こっている。さらに、眼をさらに動かすことになる頭部
の不随意運動が起こることもある。このような運動は、高い精度を要するいくつ
かの眼の手術処置の効力を損なうことがある。この運動は、眼を完全に不動化し
ようと試みているときにも発生することがある。眼を完全に不動化することは、
眼の不随意運動を抑制するのに十分に有効ではなく、むしろ患者にとって不快で
あり、視力を損なう恐れのある眼内圧の上昇を引き起こすこともある。眼の自動
追跡を実施すると、このような不動化の必要が多少とも解消され、より有効に全
てのタイプの眼球運動に適応する技法がもたらされる。したがって、実時間眼球
追跡システムで手術を補助することにより、手術処置を実行することができる精
度および速度を改善することができ、また新しい処置を初めて実行することが可
能になる。

【０００３】眼球運動を追跡するための様々な技法が既に記述されている。以下の引例は、
眼球運動を追跡するための技法を開示するものであり、参照によりその全てを本
明細書に組み込む。ＲａｓｈｂａｓｓのＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＯｐｔ
ｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ、Ｖｏｌ．５０、６４２〜６
４４ページ、１９６０年、ＣｒａｎｅおよびＳｔｅｅｌｅのＡｐｐｌｉｅｄＯ
ｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．２４、５２７ページ、１９８５年、Ｃｒａｎｅ他の米国特
許第３，８０４，４９６号、Ｃｒａｎｅの米国特許第４，４４３，０７５号、Ｃ
ｌｅｖｅｌａｎｄ他の米国特許第５，２３１，６７４号、Ｒｅｇｌａｎｄの米国
特許第５，４７１，５４２号、Ｓａｉｔｏｕ他の米国特許第５，６０４，８１８
号、Ｆｒｅｙの米国特許第５，６３２，７４２号、Ｆｒｅｙの米国特許第５，７
５２，９５０号、Ｋｎｏｐｐ他によるＰＣＴ国際公開第ＷＯ９４／１８８８３号
、ならびにＨｏｈｌａによるＰＣＴ国際公開第ＷＯ９５／２７４５３号。

【０００４】既知の追跡技法の多くは、２つの別個の範疇、すなわち光点追跡装置およびデ
ジタル像追跡装置のいずれかに入り、後者は、パターン認識および縁部検出の方
法の多数の変形形態を含む。光点追跡装置では、眼の様々な層からの反射像を利
用する。これらの追跡装置は、反射光を光学的に区別し、第１、第２、第３、お
よび第４のプルキンエ像などの像を形成する。例えば、２重プルキンエ像技法で
は、時間経過にともなう次元の異なる２つのプルキンエ像の変位を比較し、再位
置決め装置を使用してその運動に対応する等長変換を調節する。視覚システムを
安定させるために２重プルキンエ技法を同様に適用することは、眼底照明および
監視デバイスで使用されていた。以上の、またこれらと同様のプルキンエ像に基
づく追跡方法は、眼の前面の運動に追従するためのものである。このような技法
は、原理的にはプルキンエ点の変位に追従する十分な速度を有するが、眼が剛体
として運動するという暗黙の仮定を含む。しかし、手術中には、眼は剛体として
運動しない。したがって、プルキンエ点の定位が、眼の様々な光学的要素の間の
一時的な相対運動の影響を受け、これにより角膜の表面を識別するための架空の
位置情報がもたらされる可能性がある。さらに、このようなシステムはかなり複
雑であり、その較正設定に大きな個人差を呈する傾向があり、これにより制御信
号の振幅を連続的に実時間調整することが必要となる。また、眼の手術中には、
眼の光学的品質（optical quality）が一時的に低下する。この一時的な光学的品質の低下は、プルキンエ像を歪ませ、ぼかす。したがって、これらのぼやけた
像は、眼の位置の正確な決定を非常に困難にする。

【０００５】もう１つのクラスの追跡方法では、一形態またはもう１つの形態で、デジタル
像処理技法を使用する。これらの技法は、網膜像追跡装置と、様々なパターン認
識アルゴリズムと、縁部検出技法とを含む。これらの場合には、非常に高速なフ
レーム率のＣＣＤカメラ、高度な処理アルゴリズム、および高速コンピュータ処
理が、ループを閉じるための高速サーボ制御ミラーとともに必要である。これら
の要件は一般に、像処理に使用される像によって生成される大量のデジタル・デ
ータ、および像を処理するための計算要件によって生じるものである。実際には
更新周波数（update frequency）の約１０分の１に制限される周波数応答では、
デジタル像の比較は比較的緩慢になるものと考えられる。眼球運動を追跡する場
合には、サンプリング周波数は追跡すべき最高周波数より１桁高く、すなわちｋ
Ｈｚのオーダーに設定され、信号情報を処理するのに１０００分の１秒未満しか
残らない。

【０００６】手術中に眼の構造中で容易に位置決定されないことが多い、かなり顕著な認識
できるフィーチャが必要であることも含めて、その他いくつかの実際の難点が、
ほとんどの像処理技法に存在する。また、ビデオ信号の高速像処理を前提とする
技法は、視野、空間解像度、および周波数応答の間の好ましくないトレードオフ
によってしばしば不完全となる。具体的に言うと、ビュー・エレメント（ピクセ
ル）のサイズおよび間隔によって像処理アルゴリズムが制限されるので、デジタ
ル方式は連続的な解像度を与えない。解像度を高くすると視野の不利を強いられ
ることになる。それでも、比較的大きな区域を獲得しなければならない。１つの
手法は、像センサ中のピクセル・エレメントの数を増やすことである。残念なが
ら、ピクセル解像度を高めると、システムのコストが大幅に増加し、また像デー
タおよび計算が増加するのでシステムの周波数応答が劣化する。別法として、高
速で運動する光偏光器およびそれと連動する制御回路を利用することもできる。
残念ながら、この追加機器もシステムのコストを増加させ、システムの応答時間
を悪化させる。したがって、システムは、解像度の低下、応答時間の減少、また
はコスト増加の望ましくない組合せを有することになる。

【０００７】眼球運動を追跡するためのより有望な技法では、虹彩と強膜の光散乱特性の差
を利用する。この技法では、角膜／強膜の境界面すなわち角膜縁上に光を投射し
、角膜縁からの散乱光を光検出器で検出して、強膜および角膜の一部分の縁部ま
たは境界を決定する。この技法では、角膜の後ろにある虹彩が、角膜を通過する
光を吸収し、強膜と隣接する角膜が暗く見えるようにする。次いで、この境界の
相対位置を監視して、眼の位置を追跡することができる。

【０００８】角膜縁などの境界を追跡する従来技術の技法では、レーザによる眼の手術で使
用するのに望ましい精度、速度、および価格の望ましい組合せが欠けている。角
膜と強膜の境界を追跡する１つの技法では、角膜縁の一部分に単一のスポットを
投射し、検出器に反射される光が一定となるようにある線に沿ってスポットの位
置を変化させる。この場合、投射スポットの位置が角膜縁の位置を表すものと仮
定する。残念ながら、角膜縁上に投射された単一スポットなど対象物の一部分に
ついて行った測定は、対象物全体の位置を正確には表さない。単一のスポットを
追跡することのさらに別の欠点は、角膜縁の追跡する部分が手術中にはっきりと
見えないことがある、または変化することがある点である。

【０００９】角膜縁を追跡するためのさらに別の技法では、位置感知検出器を利用し、ミラ
ーの位置を偏位させて、エレメントを眼の新しいオフセット位置に向ける。これ
らの技法で通常必要となるこれらの追加のエレクトロニクスは、システムのコス
トを増加させ、システムの応答時間を減少させる可能性がある。また、この手法
の有効性は様々な要因によって制限されるが、特にこれは、虹彩の直径や、虹彩
と強膜の間の可変のコントラストなど眼の個々の多様性の影響を受けやすい。さ
らに、この手法を使用したシステムは、通常は、角膜縁の制限された一部分しか
サンプリングせず、このサンプリングした部分の境界は、手術中に組織で覆われ
ることがある。

【００１０】角膜縁の位置を測定する既存の眼球追跡システムのもう１つの問題は、手術中
に角膜縁が組織によって覆われるときに発生する。角膜縁の一部分を覆う手術処
置の一例は、レーザインサイチュ角膜曲率形成（ＬＡＳＩＫ）である。この処置
中には、上皮、ボーマン膜、および前部基質（anterior stroma）の一部分を基質から部分的に切開し、折り返して、基質をレーザに対して露出させる。部分的
に切開した角膜組織は、通常は、角膜の中心から遠ざけるように折り返し、角膜
縁の一部分の上に重ねる。しかし、角膜縁を覆う切開した組織は、非常に粗く、
質の悪い光学平面である。したがって、眼のこの領域からの光の反射または散乱
に依拠するシステムは、有意義なデータを提供しない。さらに、この強度信号の
位置は外科医によって様々であることがある。この組織弁の位置の多様性が、さ
らに別の従来技術の眼球追跡装置の問題を引き起こす可能性がある。例えば、自
分にとって好ましい配向の切開した組織の組織弁が、眼球追跡装置によって使用
される眼の一部分を覆うことがあるので、外科医が望み通りにＬＡＳＩＫを実行
することができないこともある。

【００１１】過去に眼球追跡装置と統合されていたレーザ手術システムは、中央の基準を設
けるために眼球追跡装置を使用していた。

【００１２】これらの統合手術レーザおよび眼球追跡システムの性能は、ＬＡＳＩＫ手術処
置で使用されるときには、最適とは言えないことが多い。ＬＡＳＩＫ手術処置で
は、切開によって生じた粗い角膜表面により、角膜の中央のフィーチャおよびそ
の下にある組織の位置決定が容易でない。さらに、レーザ治療が角膜組織を変化
させ、追跡されるフィーチャの視感度を変化させることによって追跡をより困難
にすることもある。

【００１３】従来技術の眼球追跡装置のもう１つの制限は、レーザ・ビームの偏位を眼球運
動と一致させるために利用するアルゴリズムである。例えば、いくつかのシステ
ムでは、２つの位置が位置合わせされるまで、所期の目標に向かう照準ビームを
繰り返し調節する。このレーザ・ビームの反復調節により、レーザ治療は遅延す
る。レーザ治療の遅延によって、眼が乾燥し、また乾燥した眼から除去される組
織が多くなりすぎる可能性があるので、望ましくない。

【００１４】したがって、眼を追跡する改善された方法および装置が必要とされている。具
体的に言うと、これらの方法および装置は、例えばレーザ切開処置中に眼球運動
を補償することができるように、眼球運動を実時間で正確に追跡することができ
なければならない。眼の外側反射表面（すなわち上皮および／または前部角膜組
織）の一部分をＬＡＳＩＫ処置などで様々に切開する処置中にこれらの方法およ
び装置を使用できることが特に望ましい。さらに、これらの眼球追跡技法が手術
レーザ・システムと最適に統合されていることが望ましい。

【００１５】（発明の概要）本発明は、眼の相対位置を追跡するためのシステム、方法、および装置を対象
とする。本発明はさらに、眼の相対位置を追跡しながら、光切開によって眼を所
定の形状にレーザ成形（laser sculpting）するためのシステム、方法、および装置も対象とする。特に、本発明の技法は、白色の角膜と色の付いた虹彩の間の
境界面（すなわち角膜縁）を追跡することによって、眼の位置を導出する。角膜
の外側縁部に位置する角膜縁は、角膜処置のための追跡のランドマークとして、
いくつかの利点を与える。例えば、角膜縁は目標とする角膜組織と隣接しており
、手術によらずに引き起こされた変位を忠実に表現するものと予想される。さら
に、角膜縁は手術部位から十分に離れて位置しており、レーザ・パルスが目標部
位に当たることによって引き起こされる一時的変位が、架空の追跡信号を生じる
のを回避するのに十分に減衰される。

【００１６】像処理に基づくシステムまたは光点追跡装置とは対照的に、本発明のシステム
および方法では、明確な縁部および／またはパターンに依拠しないコントラスト
追跡を使用する。本発明の一態様では、患者の眼球運動を追跡する方法は、強膜
と虹彩の間の眼の環状領域に向けて光を送り、その領域からの反射光を受けるこ
とを含む。次いで、反射光の強度を測定し、眼の相対位置を決定する。いくつか
の実施態様では、環状光パターンを、瞳孔より径方向外側にある眼の領域に向け
て送る。その他の実施態様では、瞳孔より径方向外側にあるほぼ環状の軌道の周
りを光スポットで走査する。次いで、反射光の強度に対応する信号を処理し、測
定して、環状のパターンまたは軌道に対する相対的な眼の位置を決定する。環状
の光パターンまたは軌道は、強膜および虹彩を両方とも含むのに十分に広い（す
なわち角膜縁の移行領域より広い）ことが好ましい。強膜で反射した光は虹彩で
反射した光より高い強度を有するので、その光スポット内の強膜と虹彩の全表面
区域を決定し、眼のこれら２つの領域の相対位置を計算することができる。

【００１７】特定の構成では、強膜と虹彩の間の角膜縁（患者によって異なる形状をとるこ
とができる）とほぼ一致する環状軌道の周りを光スポットで走査する。光の軌道
は、処置の開始時に角膜縁とほぼ同心となるように調節される。光スポットの周
波数と同じ周波数の交流成分が基準信号として生成される。光スポット信号の振
幅を基準成分の振幅と比較して、眼の変位の大きさを決定することができ、光ス
ポット信号の位相を基準成分の位相と比較して、眼の変位のベクトル角を決定す
ることができる。例えば、眼が環状軌道に対して横方向に回転した場合には、そ
の領域の環状軌道の大部分または全てを強膜が占めることになるので、環状軌道
の片側で反射した光がより高い強度を有することになる。この軌道の反対側から
の強度は、この領域の軌道の全てではないとしても大部分を虹彩が占めることに
なるので、はるかに低くなる。したがって、周波数信号の振幅は、主として強膜
を含む眼の片側を光で走査するときに、基準強度信号を超えて増大する。その後
、周波数信号は、主として虹彩を含む角膜縁の反対側を光ビームが進行するとき
に、基準強度信号以下まで減少する。その結果生じる正弦信号を基準信号と比較
して、眼の大きさおよび変位ベクトルを両方とも決定することができる。

【００１８】様々な異なる技法を使用して、光で環状軌道の周りを走査することができる。
一実施態様では、１本または複数本の光ファイバを介して光源から眼まで光を伝
送することができる。光ファイバは、光源に結合された近位伝送セクション、お
よび眼の前に位置決めされた遠位伝送／受光セクションを含む。遠位領域をほぼ
環状の軌道の周りで回転させ、この軌道に沿って眼の周りを光で走査するように
することができる。さらに、光は、次いで遠位領域で受光され、第２の近位ファ
イバ・セクション（伝送ファイバと同じファイバのセットにすることも、異なる
ファイバのセットにすることもできる）まで透過する。この光はフォトトランジ
スタやＣＣＤなどの光検出器で受光され、対応する信号が処理され、眼の位置を
表す振動するアナログ信号が生成される。

【００１９】別の実施態様では、光管理システム（light direction system）は、環状トラ
ックと合致するように眼の周りに位置決めされた光源のリングを含む。これらの
光源を順次活動化し、この環状トラックの周りを光で「走査」する。別法として
、これらの光源を同時に活動化し、環状光パターンが眼に向けて送られるように
することもできる。環状光パターンを全体として測定して眼の位置を決定するこ
とも、各光源が個々の光ビームの強度を測定する対応する光検出器を有すること
もできる。別の実施態様では、光管理システムは、角膜縁の周りを光で走査する
ために、光源と眼の間に位置決めされた１つまたは複数の振動ミラー、例えばガ
ルバノ・ミラーを含む。

【００２０】本発明の別の態様では、フォトリフラクティブ・ケラテクトミー（ＰＲＫ）や
、フォトセラピティック・ケラテクトミー（ＰＴＫ）、レーザ生体内角膜曲率形
成（ＬＡＳＩＫ）などの手術処置中に眼の相対位置を追跡するシステムおよび方
法が提供される。ＰＲＫのレーザ切開処置中には、上皮を除去し、その下にある
角膜のボーマン層を露出させる。ＬＡＳＩＫ処置では、上皮、ボーマン膜、およ
び前部基質の一部分を基質から部分的に切開し、折り返して、基質をレーザに対
して露出させる。紫外線または赤外線レーザを利用して、前部基質組織の微視的
層を角膜から除去し、その屈折力を改変する。本発明によれば、角膜縁の相対位
置は上述のように追跡し、レーザ・ビームを変調して眼球運動を補償する。

【００２１】本発明は、光の軌道が、折り返された、または眼から除去された組織の領域の
上下を通るので、ＬＡＳＩＫ処置中に特に有用である。切開された部分を通過す
る光は、一般に、角膜縁の位置に関する情報をほとんど提供しない。しかし、光
の軌道が既知の形状（すなわち円形や卵形など）をしているので、その上下の領
域から得られた情報から、軌道全体を補間することができる。

【００２２】本発明のさらに別の実施態様は、角膜縁などの境界を有する眼の位置を追跡す
る方法を提供する。この方法は、光エネルギーを眼に向けて送り、眼の一領域で
反射されたエネルギーの強度を測定することを含む。この領域は境界の一部分を
含む。眼の周りを測定領域で走査することによって、反射エネルギーの強度の変
動から眼の位置を決定する。

【００２３】いくつかの実施態様は、測定領域の両端間の寸法のサイズは、その領域内から
の光線を光エネルギー検出器まで選択的に通し、その領域の外側からの光線を光
エネルギー検出器から排除することによって制限される。測定領域を基準周波数
で眼の周りで回転させると、基準周波数の可変信号が生成される。可変信号の振
幅と基準とを比較すると、眼の変位の大きさを決定することができる。可変信号
の位相角と基準とを比較すると、眼の位置の角度を決定することができる。この
方法は、境界とほぼ一致するように軌道を位置決めし、角膜縁の半径と一致する
ように軌道の半径を調節することをさらに含むこともある。

【００２４】本発明のさらに別の実施態様は、光エネルギーのビームを眼に投射し、眼の一
領域で反射されたエネルギーの強度を測定することによって、境界を有する眼の
位置を追跡する方法を提供する。この領域は境界の一部分を含み、ビームと位置
合わせされる。ビームおよびその領域で眼の周りを走査することによって、反射
エネルギーの強度の変動から眼の位置を決定する。

【００２５】任意選択で、測定領域の両端間の寸法のサイズは、その領域内からの光線を光
エネルギー検出器まで選択的に通し、その領域の外側からの光線を光エネルギー
検出器から排除することによって制限することができる。測定領域を基準周波数
で眼の周りで回転させて、任意選択で基準周波数の可変信号を生成することがで
きる。

【００２６】本発明のさらに別の実施態様は、光ビームをディスプレイから眼に投射し、眼
の一領域で反射されたエネルギーの強度を測定することを含む、眼の位置を追跡
する方法を提供する。この領域は境界の一部分を含む。ビームで眼の周りを走査
することによって、反射エネルギーの強度の変動から眼の位置を決定する。

【００２７】さらに別の態様は、手術中に眼の位置を追跡する方法を提供する。眼は角膜縁
を有し、この方法は、光エネルギーを眼に向けて送ることを含む。眼の一領域で
反射したエネルギーの強度を測定し、この領域は角膜縁の一部分を含む。角膜縁
を覆う切開した組織の組織弁は自動的に検出される。

【００２８】本発明のさらに別の実施態様は、眼の角膜縁を覆う切開した組織弁の組織を自
動的に検出することを含む、レーザ治療エネルギーのビームで眼を治療する方法
を提供する。この方法は、光エネルギーを眼に向けて送り、眼の一領域で反射さ
れた光エネルギーの強度を測定し、眼の組織構造に治療エネルギーを印加するこ
とも含む。

【００２９】本発明のさらに別の実施態様は、境界を有する眼の位置を測定するための眼球
追跡装置を含み、この追跡装置は、境界を覆う組織を自動的に検出するための光
検出器に結合された制御装置を含む。制御装置は、境界の覆われていない部分か
らの反射光エネルギーを測定し、眼の相対位置を決定する。この実施態様では、
光エネルギーを生成するための光源、眼の一領域で反射された光エネルギーを受
けるように位置決めされた光検出器、およびその領域で眼の上を走査するための
光学列も含む。この実施態様では、境界を覆う検出された組織の上で投射可視光
スポットをブランキングするためのブランキング回路、測定した光エネルギーを
補間するための補間回路、および環状軌道を眼の位置と一致するように変位させ
るためのオフセット回路も含むことができる。

【００３０】本発明の別の追加実施態様は、眼球追跡装置と統合されたレーザ手術システム
を提供する。このシステムは、切開用レーザ・エネルギーのビームを発生させる
レーザと、基準位置から様々に偏位する可動レーザ・ビーム経路とを含む。眼球
追跡装置は、可動の眼球追跡装置軸を含む。眼球追跡装置軸は、眼球追跡装置軸
の位置が眼の位置と一致するように移動することができる。眼球追跡装置軸は、
独立して可動レーザ・ビーム経路に対して相対的に移動することができる。レー
ザ・システム制御装置は、眼球追跡装置軸の位置およびレーザ治療表の値に従っ
て、レーザ・ビーム経路を偏位させる。

【００３１】上記に照らして、本発明の目的は、眼の境界を測定することによって、迅速か
つ正確に眼の位置を測定することである。

【００３２】（好ましい実施形態の説明）本発明は、眼の相対位置を追跡するためのシステム、方法、および装置を対象
とする。特に、本発明の技法は、像処理技法に頼る必要なく、角膜／強膜の境界
面（角膜縁）など認識可能な広い範囲の境界中でコントラストを検出し、これら
の境界の位置および配向を決定するものである。角膜縁は好ましい境界であるが
、当業者なら、その他の境界（瞳孔／虹彩の境界面の縁部など）を本発明の技法
で追跡することもできることは分かるであろう。好ましい態様では、角膜／強膜
の境界面を、環状軌道の周りを走査する光スポットで追跡し、角膜縁の基準位置
からの変位と大きさを示す振動信号を発生させる。リフラクティブ（屈折）矯正
手術を含む角膜の処置では、角膜の径方向外側の縁部にある眼の角膜縁は、本発
明で論じる追跡方法を利用できるようにするのに十分なコントラストを有する。
さらに、角膜縁には、それが角膜の一部分であるために角膜とともに運動すると
いうだけでなく、強膜にも接続されているので、屈折矯正手術にともなう一時的
な変形に対して劇的な反応を示さないという利点がある。

【００３３】本発明は、光エネルギーを眼に向けて送ることをも含む。光エネルギーは、光
エネルギーのビームとして眼に向けて送られる。光エネルギーのビームと眼の交
差部分は、眼の上に形成された光スポットを含む。

【００３４】眼を走査することができる測定領域を決めるために様々な技法を使用すること
ができる。一実施形態では、測定範囲を決めるために光エネルギーの投射スポッ
トを使用することができる。投射スポットで走査することにより、測定領域を眼
全体にわたって走査することができる。別の実施形態では、アパーチャが、測定
領域から光エネルギー検出器に光エネルギーを反射することができる眼の表面上
の区域を制限することによって、測定範囲を決める。その他の実施形態では、測
定領域は、眼の制限された区域に光スポットを投射することによって決められ、
この制限された区域はさらに、その制限された区域からの光線を選択し、その制
限された区域の外側からの光線を排除することによって区画される。

【００３５】本明細書では、アナログ信号処理回路と、デジタル・データ・プロセッサと、
特にアナログ構成要素とデジタル構成要素の組合せとを有するシステムに関連し
て、本発明の例示的な実施形態について述べるが、本発明は本質的に、よりデジ
タル式の（または完全にデジタル式の）追跡のシステムおよび方法を包含する（
かつそれらに好都合である）ことを理解されたい。デジタル・プロセッサが（特
に像処理で）ますます有能になり、高速になり、低コストになるにつれて、また
光学デジタル電子インタフェース構成要素（例えばＣＣＤセンサや、フラット・
パネルその他の選択的照明アレイ、像取込みおよび分析システムなど）が応答時
間および解像度を改善するにつれて、アナログ構成要素の一部または全てを、現
在または将来的に、デジタル式のハードウェア、ソフトウェア、またはハードウ
ェアとソフトウェアの組合せで置き換えることができる。同様に、よりアナログ
を主体としたシステム、または光信号操作を使用したシステムも作成することが
できる。したがって、デジタル信号処理の当業者なら、アナログ構成要素に関連
して本明細書に図示および記載する構造および機能をデジタル・コンピュータ処
理システムで補強する、またはそれらの代わりにデジタル・コンピュータ処理シ
ステムを使用することができることを理解するであろう。

【００３６】図１を参照すると、人間の眼２の表面の解剖学的構造が示してある。図示のよ
うに、眼２は、より暗い虹彩領域６によって取り囲まれた瞳孔４を中央に含む。
虹彩６は、透明な粘膜すなわち結膜で覆われた白色の強膜８によって取り囲まれ
る。眼に侵入する光が通る透明な角膜１２は、強膜８との接合部から前方に隆起
している（図２参照）。虹彩６は、角膜１２と水晶体１４の間にある、可視の眼
の色の付いた部分である。その中央の丸い開口すなわち瞳孔４から光が眼に入る
ことができる。虹彩は多くの色になるが、一般に特定の強度で光を反射する。強
膜８は、一般に虹彩６より強い強度で光を反射する眼の白色部分である。角膜と
強膜の境界となる領域は、通常は角膜縁１０と呼ばれる。この領域は、強膜８と
角膜１２の間に高いコントラストを与えているほぼ環状の領域である。この高い
コントラストは一般に、角膜１２の下にある光吸収性の虹彩６が、角膜１２を通
過した光を吸収することによるものとすることができる。

【００３７】図１ａを参照すると、この図は、手術用レーザ・システム１６を概略的に示し
ている。レーザ手術システム１６は、レーザ・エネルギーのビーム１８を発生さ
せるためのレーザ１７を含む。眼２は、レーザ・エネルギーのビーム１８で処置
するために、レーザ手術システム１６の下に位置決めされる。レーザ・ビームで
眼を処置する前に、眼２は、レーザ手術システム１６と望ましく位置合わせされ
る。

【００３８】図２を参照すると、角膜縁１０上に光を投射し、その領域からの反射光を測定
して眼球運動を追跡する光学系２０が、本発明に従って概略的に示してある。光
学系２０は一般に、光学列２６を介して単一または複数の光線２４を眼２の角膜
縁１０に向けて送るための光源２２を含む。光学列２６は、角膜縁１０と（少な
くとも最初は）一致する軌道２９の周りを光線２４で走査する、すなわちその周
りに光線２４を順次投射するための光送出装置２８を含む。別法として、光源２
２および光学列２６は、光パターンを角膜縁１０に向けて送るように構成するこ
ともできる。光線２４は眼で散乱され、集光光学機器３０（光学列の一部にする
こともできる）を通り、散乱光３２を光検出器３４上に再度集束させ、測定可能
な信号を形成する。

【００３９】このシステムは、スプリアス光をフィルタリングするために、光学列２６およ
び／または集光光学機器３０中にフィルタ（図示せず）を含むことが好ましい。
これらのフィルタは一般に、光源の波長の放射を透過させ、その他の波長の放射
は反射させる。これは、手術室中のその他の光源から眼の角膜に投射された光線
を分離する助けとなる。コンピュータ３６および制御回路３８は、検出器３４と
電気的に連絡しており、角膜辺縁信号を処理し、眼の変位の相対的な大きさを測
定する。

【００４０】ここで、図３を参照して、本発明の一実施形態について詳細に説明する。図示
の通り、光学系４０は、光源５０を備え、（図示せず）電源によって起動されて
、Ｙ字形状の光ファイバ５４を通じて光線を眼に送る。この光源５０は、１つ以
上の光源、例えば、アルゴン・レーザ、ヘリウム・ネオン・レーザ、ダイオード
・レーザなどのレーザ、ハロゲン光源、発光ダイオードなどの光源を備えてもよ
い。一実施形態において、光源５０は、約７００〜９００ナノメータの赤外線な
いし近赤外線を有する光を発する。この波長範囲は、多くの検出器に対して最高
の感度を有すると共に、光ファイバが（通常、４００〜７００ナノメータである
）手術室からの顕微鏡観察光など、他の光源からの光をフィルタすることもでき
る。赤外線光源５０は、例えば、発光ダイオードなどのそのような波長を直接発
行する構成でもよく、また、赤外線ないし近赤外線範囲内の波長のみを通す１つ
以上のフィルタ（図示せず）を備えてもよい。一方あるいは追加的に、本システ
ムは、他の目的に有用な（例えば、角膜縁の上への光軌道の初期校正）、角膜縁
での光の目に見えるリングを生成する可視波長を出す可視光源５２を有する。本
発明のシステムおよび方法は、虹彩の開口を通して直接光を輝かせるのを避けて
いるため、通常、網膜に対して安全である。

【００４１】光ファイバ５４は、遠位伝送／受光セクション６０に共通トランク５６を通じ
て光を送るために光学的に光源５０、５２に結合された近位伝送セクション６０
備え、眼の角膜縁１０の上に光を送るように適切に構成される。このファイバの
遠位伝送／受光セクション６０は、その端部を適切な機械ベアリング（図示せず
）の使用により、環状の軌道７０の上で安定的に維持させた状態で円形状に適切
に回転させられる。光ファイバ５４は、遠位セクション６０に結合された、フォ
トトランジスタ６４に散乱光を案内する受光セクション６２をさらに有する。光
ファイバ５４は、個々のファイバが伝送セクションまたは受光セクションのいず
れかに属すか、ランダムに内部的に混合された状態で、共通トランク５６内に専
用の伝送または受光多重ファイバを有する。この構成のファイバ５４のトランク
５６は、必要なだけの長さを有し、非常に柔軟性がある。受光ファイバは、眼か
らの散乱光を捕捉し、受光ファイバ端部７２に光を案内するのに適切である。散
乱光は、ファイバ端部７２を通過し、フォトトランジスタ６４の感光表面上に入
射する。フォトトランジスタはその光を電気信号に変換する。読み出し増幅器６
５は、角膜縁の信号１２２を増幅し、以下に述べるように、信号１２０（図４参
照）を出力する。

【００４２】同期ステッパ・モータ（図示せず）は、他の適切な駆動装置を本発明と共に使
用してもよいが、軌道７０の周りに遠位ファイバ部６０の端部を回転させる駆動
装置として使用してもよい。また、追加的に、眼の角膜縁１０に同心となるよう
に光ファイバの回転軌道を初期較正するのに第２駆動装置を用意してもよい（こ
の方法の更なる詳細については、以下に述べる）。一実施形態において、この校
正駆動装置は、ウォーム・ギア８２などのハイレート機械リダクタと、光ファイ
バ６０の端部にＤＣモータ８４を結合させる機械結合部８６を有する半径モータ
駆動装置８０を有する。所望の半径が得られるとき、このＤＣモータ８４を取り
外すことができ、ウォーム・ギア８２は、処理時の半径を一定に維持する。

【００４３】図３に示す通り、光学系２０は、光ファイバ５４から生成される信号との比較
のため基準同期信号１１９を生成する基準信号システム９０を有する。一実施形
態において、基準信号システム９０は、その周辺に穴９４を有するタイマ・ディ
スク９２と、ＬＥＤ９６などの光源とを有し、フォトトランジスタ９８に回転デ
ィスク９２内の穴９４を通じて光を送る。図示の通り、基準信号ディスク９０は
、同期されたＬＥＤドライバ１００と、フォトトランジスタ９８に結合された、
同期されたフォトトランジスタ１０２とを有する。ステッパ・モータ駆動装置１
０５を有するスピン・モータ１０４は、基準同期周波数でタイミング・ディスク
を回転させるようにタイミング・ディスク９２に結合される。

【００４４】図４を参照する。光学系２０から基準および角膜縁信号１１９、１２２を受信
し、処理する電気システム１２０を図示している。フォトトランジスタ６４、９
８による光パターンの電気信号への変換が、光学系から電子サブシステムへの渡
しが効果的に構成している。図示の通り、電気システム１２０内への最初の入力
は、フォトトランジスタ６４で受けた角膜縁信号１２２となる。信号ノイズ比を
向上させるため、角膜縁信号１２２は、回転周波数にチューニングさせたプログ
ラマブル・バンドパス・フィルタ１２４を使用してフィルタされるのが好ましい
。一方、赤外線ＬＥＤドライバ５０は、特定の周波数でパルス処理しても良く、
プログラマブル・バンドパス・フィルタは、ＬＥＤドライバの特定周波数にチュ
ーニングされる。それぞれ、自動ゲイン・コントロール１２６およびリミッタ１
２８によって振幅が安定化されて制限された後、フィルタされた信号１２９は、
位相比較器１３０への１つの入力として利用される。位相比較器１３０への第２
の入力は、スピン・モータ・シャフト上のタイミング・ホイール９２からの基準
同期信号１１９である。位相比較器１３０の出力は、眼の移動の相対角度となり
、更なる処理のためにＡ／Ｄ変換器１３４でデジタル化される。

【００４５】フィルタされた角膜縁信号１２９は、ディバイダ１３８を使用して、直流成分
の値によって（回転周波数で）交流成分のピーク振幅を割ることによって、眼の
移動の相対的な大きさを測定するのに使用される。具体的には、フィルタされた
角膜縁信号１２９およびゲインは、動作増幅器１４４に入力され、直流パス・フ
ィルタ１４６を通じてフィルタされ、その後ディバイダ１３８内に入力される。
動作増幅器１４４の出力も、ピーク検出器１５０に入力され、ピーク振幅をディ
バイダ１３８内に出力する。ディバイダ１３８の出力は、眼の移動の相対的な大
きさを表わす信号１４０であり、更なる処理のためＡ／Ｄ変換器１４２によって
デジタル化される。

【００４６】柔軟性を維持するため、追跡システムのゲインおよび設定ポイントは全て、ユ
ーザ管理下でデジタル・アナログ変換器によってプログラム可能なことが好まし
い。ピーク検出器１５０によって付与される「ピーク獲得」信号１５１は、角度
および大きさ信号がユーザに送信される準備が整ったことを示すフリップフロッ
プ１５２に送られる。基準大きさは、ユーザが可視光スポットを使用して半径を
手動で調整し、広域顕微鏡（図示せず）を通じてスポット軌道を見るときに所望
の回転半径を得るユーザがプログラムする電圧である。具体的には、半径設定ポ
イント１６０は、ユーザによってプログラムして、Ｄ／Ａ変換器１６２経由で電
子システム１２０に入力することができる。この光軌道の所望の半径１６４は、
例えば、可視光軌道が実質的に角膜縁１０と一致するまで眼の上の可視光スポッ
トを走査することによって調整してもよい。所望の半径１６４は、ゲイン１６８
と共に動作増幅器１６６に入力され、動作増幅器１６６の出力は、半径モータ駆
動装置８０に加えられる。位置フィードバック・システムは、角膜縁上で十分な
固定状態を得た後、その半径を一定に維持するために設けてもよい。他の実施形
態において、スポット軌道は、固定前、固定中、固定後にデジタル処理システム
の管理下に維持してもよい。

【００４７】保護回路および診断回路も、最大および最小回転半径限界値、およびスピン・
モータおよび関連駆動装置回路の誤動作の監視のために設けてもよい。例えば、
ユーザは、軌道半径上に上限値および下限値１７０、１７２を入力してもよい。
光軌道の所望の周波数１９０は、Ｄ／Ａ変換機１９２経由で周波数発生器１９４
に入力してもよい。周波数発生器１９４は、所望の周波数１９０でスピン・タイ
マ・ディスク９２用のステッパ・モータ１０５に適切に結合される。図４に示す
通り、所望の周波数１９０は、周波数比較器１９６の基準信号の実際の周波数と
比較することができる。ＯＲゲート１９８は、軌道が強膜および虹彩（上部およ
び下部半径限界値１７０、１７２の出力）内で離れすぎている場合、すなわち比
較器１９６からの所望の周波数内に誤差がある場合、光学系４０を設定または再
設定するためにフリップフロップ１９９に結合される。

【００４８】追跡は、ＣＰＵ（図示せず）によって発行されるコマンドによって開始および
停止される。ＣＰＵは、通常、デジタルＶＭＥ系のバスを備えているため、デジ
タル・フォーマット内の開始／停止追跡コマンドを発行する装置を含むと理解さ
れる。また、本発明の追跡装置が大型システムの一部ではない場合、ＣＰＵは、
軸方向の軌道、または目的のビューイング・システムなど、他のアセンブリとイ
ンタフェースするための重要なリンクとなる。上述の通り、代替の追跡構造は、
デジタル発光、感知、および信号処理成分に大きく依存する。

【００４９】ここで図５を参照して、外科手術時の人間の眼を追跡する方法について説明す
る。本発明は、その眼に関する様々な外科手術に関連して使用され、特に、フォ
トリフラクティブ・ケラテクトミー（ＰＲＫ）、フォトセラピテック・ケラテク
トミー（ＰＴＫ）、レーザ・インサイチュ角膜曲率形成術などのレーザ切開処置
などに有用である。このような処置において、レーザは、角膜表面上の電力レベ
ルや空間位置など特定の処置のために計算されたビーム供給パラメータに従って
適切に放射するように用意される。ＰＲＫまたはＰＴＫ処置において、上皮は、
基質の前方領域を露出させるために完全に切開される。ＬＡＳＩＫ処置において
、上皮、ボウマン膜、前部基質の一部は、基質から部分的に切開され、折り返さ
れて基質の前方部分をレーザに露出させる。このレーザ光は、通常、眼の角膜領
域に所定の切開形状を形成するように制御される。選択的に使用されるレーザは
、紫外線、すなわち実質的に４００．０ｎｍ未満の波長で照射する。レーザ切開
処置を行うのに適切なシステムおよび方法についての詳細については、共に付与
された米国特許第４，６６５，９１３号、第４，６６９，４６６号、第４，７３
２，１４８号、第４，７７０，１７２号、第４，７７３，４１４号、第５，２０
７，６６８号、第５，１０８，３８８号、第５，２１９，３４３号、第５，６８
３，３７９号、および第５，１６３，９３４号で見つけることができ、その完全
な開示については、ここでは引例によって本明細書に組み込まれている。

【００５０】図５に示す通り、本システムは、可視光スポット２０２を使用してスポット軌
道２００の半径を調整し、眼の周辺の光スポットを走査することにより初期校正
される。光スポット２０２が、眼２の角膜縁１０と実質的に一致する軌道の周辺
を走査すると、本システムは、その軌道を固定して、眼の相対位置が測定される
基準軌道を付与する。図６に示す通り、光軌道２００が、眼の角膜縁１０と正確
に一致すれば、電子システム２００によって、実質的に一定の強度の信号が生成
される。これは、眼から散乱した光の強度は、光が軌道に沿って通過しても実質
的に変化しないためである（軌道の上の各ポイントは、一般的に、その中で同じ
量の強膜、および同じ量の虹彩を有し、一般的に一定の強度の信号を生成する）
。もちろん、この強度の信号は、（角膜縁を含む）眼の反射性が空間的に変化す
るときに正確に一定とはならないことが認められる。また、光軌道を角膜縁１０
と正確に一致するように整列させるのは困難であるため、角膜縁の幅はその周辺
で変化する。しかし、これらの変化は、一般的に、システム校正時に考慮するこ
とができる。

【００５１】図７および図８を参照する。患者の眼が動いたとき、角膜縁１０はスポット軌
道２００と位置合わせされなくなる。例えば図７は、眼がスポット軌道２００に
対して横方向に回転したときの、位置合わせ不良を示している。位置Ａでは、光
スポット２０２は、虹彩６より多く白色の強膜８を覆うように位置決めされる。
したがって、図８に示すように、散乱光の強度は、位置Ａでは基準強度を超えて
増加する。位置Ｂでは、光スポットは白色の強膜８上に完全に集束しており、こ
れにより最大強度に近い強度信号となる。光が位置Ｃまで下向きに移動すると、
今度はほぼ完全に虹彩６を覆っており、これにより光の強度は基準値の５０％よ
り低くなる。同様に、位置Ｄでは、光スポットは虹彩６上に完全に集束しており
、これにより図８に示すように強度信号は最低になる。

【００５２】その結果生じる信号は、眼の変位の大きさと位相を含む正弦信号に近づく。こ
の信号を基準信号と比較して、眼の変位の位相と大きさを両方とも決定すること
ができる。手術処置中に目を追跡している場合には、この情報をプロセッサに伝
送し、レーザおよび集束光学機器の光軸に対する眼の様々な位置を考慮に入れる
ように切開アルゴリズムを修正することができる。したがって、所望の眼の切開
形状がその相対運動によって影響を受けないように、レーザ・ビームを変調する
か、またはその他の方法で修正することができる。

【００５３】ここで図９を参照して、ＬＡＳＩＫ処置時に眼の相対移動を追跡する方法につ
いて説明する。ＬＡＳＩＫ処置において、上皮とバウマン膜、および前部基質の
一部を基質から部分的に切開し、折り返して、基質をレーザに露出させる。図９
に示す通り、この組織弁２１０は、一般的に、強膜８、および虹彩６の一方から
虹彩６および瞳４全体に渡って、他方の強膜８に延びる組織の矩形状の一片とな
る。一方、この組織弁は、角膜全体に渡って延びる必要はなく、切開を行う場合
、図９Ａに図示されるような角膜の一部に限定される。もちろん、組織弁２１０
は、矩形以外の様々な形状を有してもよい。例えば、この組織弁は、図９Ａに図
示されるような円形であってもよい。その下部の領域２１２の外観は、不十分に
定めた境界の切開によって変わる。従って、この領域２１２から散乱される光は
、眼の位置を決定する意味のある値を殆ど含まない。

【００５４】図９に示す通り、本発明は、回転軌道２００が、一般的に、眼の角膜縁１０の
全体の周辺で延びているという明確な利点を有する。切開された組織弁２１０の
上下で延びている軌道２００の部分２２０、２２２は、この切開によっては相対
的に影響されない。従って、現在、切開または適用範囲としている部分を含めて
、角膜縁１０の位置全体を外挿するためにこれらの領域からの情報を使用するこ
とができる。具体的には、スポット軌道２００は、上述されるようなＬＡＳＩＫ
処置の前に校正される。組織弁２１０の切開後、所定の校正されたスポット軌道
２００の周辺で光りが走査される。軌道２００の上下部２２０、２２２を通過し
た光は、上述した通りに処理される。この軌道は周知の形状（すなわち、円、楕
円など）であるため、軌道全体は、上下領域２２０、２２２から得られた情報か
ら外挿さすることができる。

【００５５】もう１つの実施形態において、光スポット２０２は、図１０に示すような光源
のリングを使用して軌道２００の周辺を走査してもよい。光源２３０のリングは
、環状アレイ２４８を決めるように位置決めされた複数の光源２３２、２３４、
２３６、２３８、２４０、２４２、２４４、および２４６を有する。光検出器２
４９は、眼２から反射した光を検出するために位置決めされる。リング２３０は
、２３２など個々の光源が眼２の上に投影された光スポット２０２を生成するよ
うに位置決めされる。光源２３２から２４６へ連続的に起動させて、投影された
光スポット２０２で軌道２００周辺を走査させる。投影されたスポット２０２か
ら反射した光は、光検出器２４９によって角膜縁信号１２２に変換される。

【００５６】図１１に図示する通り、測定された角膜縁領域は、均一な発光源および選択的
な光検出機構を使用して走査してもよい。ここで言う光学列２４９’は、結像レ
ンズ２５２と、回転ディスク２６０とを有する。眼２の角膜縁１０は眼に光エネ
ルギーを向ける光エネルギー源で照明され、角膜縁１０は略均一に照明されてい
る。結像レンズ２５２は、ここでは回転ディスク２６０の形態の光学的に非透過
性の物質２５９の表面付近に眼２の像２５４を形成する。眼２の像２５４は角膜
縁１０を含む。測定領域２５７の軌道２００は、角膜縁１０と一致するように位
置決めされる。ディスク２６０は、光学的に非透過性の物質２５９に形成された
開口部２５６を有する。この開口部２５６は、検出器２５８の前方に位置決めさ
れる。

【００５７】検出器２５８は、眼から反射した光エネルギーの強度を測定するための電子信
号を生成する。眼２の測定領域２５７に関する寸法は、回転ディスク２６０内に
形成された開口部２５６を選択的に通過する像２５４の部分に制限される。ディ
スク２６０は、測定領域２５７外の光が検出器２５８に達するのを排除する。回
転ディスク２６０は、開口部２５６をディスク２６０上に形成される角膜縁１０
の像２５４の周りを回転させる。この像２５４の周りの開口部２５６の回転によ
って、眼２の測定領域２５７が軌道２００の周りで走査される。

【００５８】いくつかの実施形態において、開口部２５６がディスク２６０に半径方向にス
ライドするガイド（図示せず）の上に移動可能に支持され、測定領域２５７の軌
道２００の半径を調整する。この調整は、開口部２５６の回転の半径と、角膜縁
１０の像２５４の半径とが整列するように実行されるのが好ましい。この調整に
より、測定領域２５７の軌道２００の半径を角膜縁１０の半径と整列させること
ができる。

【００５９】角膜縁１０の像２５４の周りに開口部２５６を回転させると、光検出器２５８
から角膜縁信号１２２に変化が生じる。眼の位置は、反射した光エネルギーの強
度の変化から決定される。ディスク２６０の回転は、センサーに対して同期フラ
グ２６４を回転させて、基準信号１１９を得ることによって電気信号２６２の測
定値と同期化してもよい。

【００６０】本発明のもう１つの実施形態において、測定領域は、図１２に図示されるよう
な光学素子を移動させることにより走査される。光源２７０は、可変光エネルギ
ーを照射し、眼２の測定領域２５７から反射される。この光源２７０は、パルス
化光源ドライバ２７２によって駆動されて、所望の固定周波数で光パルスを生成
するこが好ましい。一方、あまり好ましくはないが、光源２７０からの光の経路
に光チョッパーを位置決めして、所望の周波数でパルス化された光を生成しても
よい。

【００６１】偏光子２７４が、光源２７０と開口部２７６との間に位置決めされる。この偏
光子２７４は、偏光された光を開口部２７６に送る。開口部２７６は、偏光され
た光を選択的に通す。偏光された光は、偏光ビーム・スプリッタ２７８を照射す
る。この偏光ビーム・スプリッタ２７８は、眼２に偏光された光を反射する反射
表面２７９を有する。眼２の測定領域によって反射する偏光された光は、一般的
に、偏光ビーム・スプリッタ２７０に戻るときには完全には偏光されていない。
従って、この領域から反射した光の一部が偏光ビーム・スプリッタ２７８を通過
する。

【００６２】光学的に非透過性の物質２５９を備えるプレートがビーム・スプリッタ２７８
によって透過された光の経路内に位置決めされる。開口部２８０は、光学的に非
透過性の物質２５９内に形成され、その光を選択的に検出器に通すことによって
、測定領域２５７に関する寸法を制限する。さらに、光学的に非透過性のプレー
トは、測定領域外の光が検出器へ進むのを阻止する。光検出器２８１は、電子角
膜縁信号１２２に光を変換する。

【００６３】結像レンズ２８５は、この２つの開口部と、眼との間の光学列に沿って位置決
めされる。この結像レンズ２８５は、眼２の上に開口部２７６の像を投影し、可
視光スポット２０２を形成するために眼を横切る可視光エネルギーの集束された
ビームを形成する。また、この結像レンズは、開口部２８０に測定領域２５７の
像も形成する。この投影された光スポット２０２は、眼２の表面から反射した後
、開口部２８０を通過するように整列される。偏光ビーム・スプリッタ２７８の
反射表面２７９により、投影された光スポット２０２は、測定領域２５７と整列
するので、投影された光スポット２０２と測定領域２５７は、眼２の上に共に集
束する。この２つの開口部の共焦点配置により、測定された信号の信号ノイズ比
が改善されるのが望ましく、動作している顕微鏡のもとに存在する光からの光学
ノイズを抑制するのに特に効果的である。

【００６４】測定領域２５７は、光線偏光モジュール２８２で軌道２００を回って走査され
る。この光線偏光モジュールは、投影されたスポット２０２と、検出器開口部２
８０によって選択された眼の領域との両方を走査する。光スポット２０２と測定
領域２５７とを、環状軌道２００からなるパターンにおける基準周波数で、眼の
周辺で回転させることにより、角膜縁信号１２２の変化が基準周波数で発生する
。光線偏向モジュール２８２は、移動可能なミラー２８３および２８４を備える
。一方、レンズおよびプリズムなど、他の移動式光学素子も使用してもよい。こ
のミラー２８３および２８４は、ガルバノメータ２８６および２８７に機械的に
結合される。本実施形態では、ガルバノメータが使用されているが、ステッパ・
モータ、サーボ・モータ、圧電素子トランスデューサなど適切な駆動装置も用い
てもよい。ミラー２８３および２８４を適切に回転させることによって、測定領
域２５７および光スポット２０２が、軌道２００を回って走査される。

【００６５】本発明のさらにもう１つの実施形態において、可視光スポット２０２は、図１
３に図示するような眼の上にビデオ・ディスプレイから可視光エネルギーのビー
ムを備える光スポットを投影することにより走査される。陰極管２８９は、光ス
ポット２９２が現れるスクリーン２８８を備える。この光スポット２９２は、陰
極管スクリーン上の軌道２９０の周りを移動する。本発明では陰極管が図示され
ているが、スーパー・ルミネセンス・ディスプレイ、液晶ディスプレイ、または
アクティブ・マトリックス・ディスプレイなど適切なディスプレイを使用しても
よい。レンズ２８４は、眼２の上に光りスポット２９２の像を投影し、光スポッ
ト２０２を形成させる。この光スポット２０２は軌道２００の周りを移動する。
光検出器２９４は、眼２によって反射した光を受け入れるように位置決めされて
いる。反射した光は検出器２９４によって電子角膜縁信号１２２に変換される。

【００６６】本発明のもう１つの実施形態において、眼球追跡装置は、可視光スポットの投
影をパルス化してブランキングしたり、軌道２００をずらして軌道の位置が、図
１４に図示されるような眼の位置に対応するようにしたりするため、ＬＡＳＩＫ
組織弁の存在を自動的に検出する機構を設けている。測定領域２５７は、軌道２
００周辺を走査する。この測定領域２５７は、光スポット２０２を備える。好ま
しくは、この光スポット２０２は、眼２の上にビデオ・スクリーンからの光スポ
ットを投影することによって上記に図示されるように形成される。上述されたよ
うな他の技術を使用して、測定領域を走査してもよい。例えば、測定領域と共集
束された投影された光スポットを利用してもよい。

【００６７】第１の軌道２００ａは、角膜縁１０ａと実質的に整列させられる。軌道２００
ａ周辺の走査のブランキング部分２２３では、光源は、オフにされ、データが補
間される。ＬＡＳＩＫ時、このブランキング部分は、下部の領域２１２に対応す
る。眼が動くにつれて、上記に示されるような眼の動きの方向および大きさを示
す信号が生成される。この軌道は、眼の動きの方向に移動し、その結果、軌道２
００ｂのずれが発生する。眼がさらに動くと、軌道のずれがさらに大きくなる。
必要な場合、走査された軌道は、２００ｃなどの楕円など他の形状であってもよ
い。この楕円形状は、眼が楕円形を表わすように動く状況においては望ましい場
合がある。

【００６８】眼球追跡装置、および軌道２００の位置を制御する制御回路３００については
図１５に概略図示する。ここでは、この回路について詳述する。制御回路３００
は、ユーザ・インタフェース回路３０２と、自動組織弁検出回路３２８と、ブラ
ンキング回路３４０と、補間回路３４２と、オフセット回路３３０と、エラー検
出回路３５２と、光検出器回路３４４と、フィードバック３２６と、コンピュー
タ・インタフェース回路３６８と、サークル発生器３２４と、ＣＲＴ回路３７０
とを有する。もう一度繰り返すと、本発明は、本来、図示されるアナログ・デジ
タル電子回路の特定配置に限定されないと当業者によって理解されるであろう。
例えば、いくつかの実施形態において、デジタル・データ処理ハードウェア／ソ
フトウェア・システムは、これらの回路のアナログ機能および構成材の少なくと
もいくつかを（実質的に直接、すなわち改良を以って）代行してもよい。

【００６９】ユーザ・インタフェース３０２は、サークル検出器３２４に電気的に結合され
た信号３０４に関するＣＲＴを利用してもよい。サークル縦方向中心信号３０６
およびサークル横方向中心３１０は、フィードバック回路３２６に電気的に結合
される。半径信号３０８は、サークル発生器３２４に電気的に結合される。自動
ブランキング信号３１２、ブランキング幅信号３１４、ブランキング開始信号３
１６、およびＫＡＳＩＫオン信号３１８は、自動組織弁検出回路３２８に自動的
に結合される。追跡オン信号３２０および追跡センタリング回路３２２は、オフ
セット回路３３０に結合される。追跡オン信号３２０は、フィードバック回路３
２６に電気的に結合される。

【００７０】自動組織弁検出回路３２８は、ブランキング回路３４０、タイミング回路３３
２、検出器回路３４４、および補間回路３４２に電気的に結合される。基準同期
信号１１９は、タイミング回路３３２に電気的に結合される。ブランキング幅信
号３３４、ブランキング監視信号３３６、およびＬＡＳＩＫオン信号３３８は、
ブランキング回路３４０に電気的に結合される。ＬＡＳＩＫオン信号３３８は、
補間回路３４２にも電気的に結合される。検出器回路３４４のフィルタされた角
膜縁回路３４６は、自動組織弁検出回路３２８に電気的に結合される。

【００７１】ブランキング回路３４０は、タイミング回路３３２および補間回路３４２に電
気的に結合される。タイミング回路３３２からの基準同期信号１１９は、ブラン
キング回路３４０内に入力される。ブランク時間信号３４４は、補間回路３４２
に電気的に結合される。

【００７２】補間回路３４２は、検出器回路３４４、タイミング回路３３２、およびオフセ
ット回路３３０に電気的に結合される。検出器３４４からフィルタされた角膜縁
信号３４６は、補間回路３４２に結合される。タイミング回路３２２からのスポ
ット周波数信号３４８は、補間回路３４２および検出器回路３４４に結合される
。補間回路３４２からの補間３５０に伴いフィルタされた角膜縁信号は、オフセ
ット回路３３０に結合される。

【００７３】オフセット回路３３０は、補間回路３４２、ユーザ・インタフェース回路３０
２、エラー検出回路３５２、およびフィードバック回路３２６に電気的に結合さ
れる。ピーク振動３５４および平均角膜縁信号３５６は、エラー検出回路３５２
に電気的に結合される。縦方向オフセット信号３５８および横方向オフセット信
号３６０は、フィードバック回路３２６に電気的に結合される。

【００７４】エラー検出回路３５２は、ユーザ・インタフェース３０２およびオフセット回
路３３０に電気的に結合される。エラー信号３６２は、ユーザ・インタフェース
３０２に結合される。

【００７５】フィードバック回路３２６は、ユーザ・インタフェース回路３０２、オフセッ
ト回路３３０、サークル発生器回路３２４、およびコンピュータ・インタフェー
ス回路３６８に電気的に結合される。フィードバック回路３２６の縦方向センタ
信号３６４は、サークル発生器３２４およびコンピュータ・インタフェース３６
８に電気的に結合される。横方向センタ３６６は、サークル発生器３２４および
コンピュータ・インタフェース３６８に電気的に結合される。

【００７６】サークル発生器３２４は、陰極管３７０、フィードバック回路３２６、および
ユーザ・インタフェース３０２に電気的に結合される。横方向駆動装置３７２、
縦方向駆動装置３７４、および強度駆動装置３７６は、ＣＲＴ３７０に電気的に
結合される。

【００７７】ブランキング回路３４０は図１５ａに概略的に図示されている。この回路は、
投影された光スポット２０２をオフにした状態で、測定された強度の補間を同期
化するのに使用される信号ブランク時間３４４を生成する。ブランキング幅信号
３１４は、８ビット・アナログ対ディジタル変換器３７８に入力される。アナロ
グ・デジタル変換器のデジタル出力３７８は８ビット・カウンタ３８０の初期の
カウントとして入力される。スポット周波数信号３４８は、８ビット・カウンタ
３８０に入力される。８ビット・カウンタ３８０の出力は、デジタル大きさ比較
器３８２に入力される。デジタル大きさ比較器３８２の出力は、フリップ／フロ
ップ３８４のリセットに入力される。ブランキング開始信号３３６は、８ビット
・アナログ−デジタル変換器３８８に入力される。アナログ−デジタル変換器３
８８のデジタル出力は、８ビット・カウンタ３９０への初期カウントとして入力
される。基準同期信号１１９は、８ビット・カウンタ３９０のプレロードとして
入力される。スポット周波数信号３４８は、８ビット・カウンタ３９０を減分す
るために入力される。８ビット・カウンタ３９０の出力は、デジタル大きさ比較
器３９２に入力される。比較器３９２の出力は、フリップ／フロップ３８４およ
びプレロード・カウンタ３８０を設定するために入力される。フリップ／フロッ
プ３８４の出力は、ＡＮＤゲート３８６に入力される。ＬＡＳＩＫオン信号３３
８は、ＡＮＤゲート３８６に入力される。ＡＮＤゲート３８６の出力は、ブラン
ク時間３４４となる。

【００７８】自動組織弁検出回路３２８については、図１５Ｂに概略的に図示する。この回
路は、瞼またはＬＡＳＩＫ組織弁など角膜縁を覆う対象物の存在を自動的に検出
するのに使用される。この回路は、投影されたスポットの補間および走査処理を
自動的に調整する。この組織弁の存在は、投影されたスポットが組織弁の角膜縁
を越えて通過するときに測定された信号強度における急激な変化によって検出し
てもよい。フィルタされた角膜縁信号３４６は、８ビット・アナログ−デジタル
変換器３９４に入力される。アナログ−デジタル変換器３９４のデジタル出力は
、マイクロコントローラ３９６に入力される。基準同期信号１１９は、マイクロ
コントローラ３９６に入力される。自動ブランキング信号３１２は、スイッチ３
９８、４００、および４０２に入力される。ＮＯＴゲート４０４は、スイッチ４
０６、４０８、および４１０にブランキング信号３１２の反対を入力する。自動
ブランキング信号３１２が真であれば、スイッチ４０６、４０８、および４１０
がオープンし、スイッチ３９８、４００、および４０２は、ブランキング幅３３
４、ブランキング開始３３６、およびＬＡＳＩＫオン３１８信号をマイクロコン
トローラ３９６から出力するためにクローズされる。

【００７９】ユーザ・インタフェース回路３０２については、図１５ｃに概略的に図示する
。基準電圧４１２は、可変抵抗器４１４〜４２４間に印加される。可変抵抗器４
１４〜４２４は、それぞれサークル横方向センタ３１０、サークル縦方向センタ
３０６、サークル半径３０８、追跡センタリング・レベル３２２、ブランキング
幅３１４、およびブランキング開始３１６の所望電圧を生成するために調整され
る。追跡オン信号３２０は、スイッチ４２６によって起動される。ＣＲＴオン信
号は、スイッチ４２８をクローズすることによって起動される。ＬＡＳＩＫオン
信号３１８は、スイッチ４３０をクローズすることによって起動され、自動ブラ
ンキング信号３１２は、スイッチ４３２をクローズすることによって起動される
。トラッキング・エラー信号４３４は、追跡エラーを表示するため、赤いＬＥＤ
４３４を起動するために使用される。また、追跡エラー信号３６２は、エラー信
号３６２が起動していないときの追跡を表示するため、緑のＬＥＤを起動するた
めにＮＯＴゲートに入力される。

【００８０】補間回路３４２については、図１５ｄに概略的に図示する。フィルタされた角
膜縁信号３４６は、追跡および保持４４０に入力される。また、ブランク時間信
号３４４は、追跡および保持４４０に入力される。追跡および保持４４０の出力
は、補間器４４２に入力される。フィルタされた角膜縁信号３４６は、追跡およ
び保持４４４に入力される。ＮＯＴゲート４４８は、ブランク時間信号３４４を
受信し、ワン・ショット４４６の入力に電圧を出力する。ワン・ショット４４６
は、追跡および保持４４４に電圧を出力する。追跡および保持４４４は、補間器
４４２に入力される。追跡および保持４４０と、追跡および保持４４４とは、補
間器４４２によって補間される終点電圧を入力する。補間器４４２は、追跡およ
び保持４４０および４４４からの入力電圧を使用し、この２つの終点電圧との間
の信号を補間する。補間器４４２は、アナログおよびデジタル電子機構の組み合
わせから構成してもよい。一方、この補間器は、マイクロコントローラで構成し
てもよい。また、補間器４４２は、ブランク時間信号３４４を入力として受信す
る。スポット周波数信号３４８は、スポット周波数変調器４５０に入力される。
補間器４４２は、スポット周波数変調器４５０に補間された電圧を出力する。Ｌ
ＡＳＩＫオン信号３３８がアクティブのとき、スポット周波数変調器４５０の出
力は、スイッチ４５４のクロージングによって加算ブロック４５２への入力とな
る。また、フィルタされた角膜縁信号３４６は、加算ブロック４５２に入力され
る。加算ブロック４５２の出力は、補間３５０に伴い、フィルタされた角膜縁信
号となる。

【００８１】タイミング回路３３２については、図１５ｅに概略的に図示する。電圧は、ス
ポット周波数発生器４５４に印加される。スポット周波数発生器は、クリスタル
・オシレータであることが好ましいが、電子技術に精通した当業者によって容易
に構成される適切なオシレータで可能である。スポット周波数発生器は、スポッ
ト周波数信号３４８を生成する。スポット周波数信号３４８は、８ビット・カウ
ンタ４５６に入力される。８ビット・カウンタ４５６の出力により、スポット周
波数発生器４５４の２５６振動の度に同期基準信号１１９を生成する。従って、
走査領域２５７の回転の度に光スポット２０２の２５６パルスとなる。

【００８２】オフセット回路３３０は、図１５ｆに図示される通り、軌道２００に関する角
膜縁１０のオフセットを決定する。補間３５０に伴ってフィルタされた角膜縁信
号は、可変ゲイン増幅器４５８に入力される。可変ゲイン増幅器４５８の出力は
、同期復調器４６０に入力される。同期復調器４６０の出力は、調整可能なバン
ドパス・フィルタ４６２に入力される。この調整可能なバンドパス・フィルタは
、基準同期信号１１９の入力によって回転周波数に調整される。調整可能なバン
ドパス・フィルタ４６２の出力は、リミッタ４６４およびピーク保持４６６に入
力される。リミッタ４６４の出力は、位相比較器４６８に入力される。同期信号
１１９は位相比較器４６８に入力される。位相比較器４６８の出力は、追跡およ
び保持４７０に入力される。追跡および保持４７０の出力は、正弦発生器４７２
および余弦発生器４７４に入力される。同期復調器４６０の出力は、ＤＣ／ロー
・パス・フィルタ４７６に入力される。このＤＣ／ロー・パス・フィルタ４７６
の出力は、平均反射信号３５６となる。この平均反射信号３５６は、差分増幅器
４７８に入力される。追跡センタリング・レベル３２２は、差分増幅器４７８に
も入力される。差分増幅器４７８の出力は、可変ゲイン増幅器４５８に入力され
る。同期信号１１９は、遅延４８０に入力される。遅延４８０の出力は、リセッ
ト４８２に入力される。このリセット４８２の出力は、ピーク保持４６６のリセ
ットと、追跡および補保持４７０のリセットとに入力される。このピーク保持４
６６の出力は、ピーク振動信号３５４となる。このピーク振動信号３５４は、上
記のマルチプライア４８４および４８６に入力される。上記サインのマルチプラ
イア４８４および４８６の出力は、それぞれ、縦方向および横方向のオフセット
３５８および３６０となる。

【００８３】エラー検出回路３５２については、図１５ｇに概略的に図示する。この回路は
、追跡エラーを検出する。ピーク振動信号３５４は比較器４８８に入力される。
可変抵抗器４９０は、比較器４８８にも入力されるピーク振動上限４９２の電圧
を設定する。平均反射信号３５６は比較器４９８に入力される。可変抵抗器４９
４は、比較器４９８に入力される平均反射上限値電圧４９６を設定するのに使用
される。可変抵抗器５００は、比較器５０４に入力される平均反射下限値５０２
を設定するのに使用される。比較器４８８、４９８、および５０４の出力は、Ｏ
Ｒゲート５０６に入力される。ＯＲゲート５０６の出力は、ＮＯＴゲート５０８
およびフリップ／フロップ５１０の設定ピンに入力される。ＮＯＴゲート５０８
の出力は、フリップ／フロップ５１０のリセット・ピンに入力される。フリップ
／フロップ５１０の出力は、追跡装置エラー信号３６２となる。

【００８４】光検出器回路３４４については、図１５ｈに概略的に図示する。反射した光は
、光検出器５１０によって電気信号に変換される。光検出器５１０の出力は増幅
器５１２に入力される。増幅器５１２の出力は増幅器５１４に入力される。スポ
ット周波数信号３４８は調整可能なバンドパス・フィルタ５１４に入力される。
このスポット周波数信号３４８は、スポット周波数へのバンドパス・フィルタ５
１４を選択的に調整する。調整可能なバンドパス・フィルタ５１４の出力はフィ
ルタされた角膜縁信号３４６となる。

【００８５】フィードバック回路３２６については、図１５ｉに概略的に図示する。ＣＲＴ
横方向センタ信号３１０は加算ブロック５１６に入力される。追跡横方向オフセ
ット３６０は増幅器５１８に入力される。追跡横方向オフセット３６０は増幅器
５１８に入力される。増幅器５１８の出力はスイッチ５２０に入力される。この
追跡オン信号３２０はスイッチ５２０および５２２をクローズする。ＣＲＴ縦方
向センタ信号３０６は加算ブロック５２４に入力される。追跡縦方向オフセット
３５８は増幅器５２６に入力される。増幅器５２６の出力はスイッチ５２２に入
力される。追跡オン信号３２０がアクティブであるとき、加算ブロック５１６は
ＣＲＴ横方向センタ信号３１０を持つ増幅器５１８の出力を追加する。加算ブロ
ック５１６の出力は表示横方向センタ信号３６６となる。また、追跡オン信号３
２０がアクティブの時、増幅器５２６の出力は、加算ブロック５２４によって、
ＣＲＴ縦方向センタ信号３０６と共に追加される。加算ブロック５２４の出力は
、表示縦方向センタ信号３６４となる。

【００８６】ＣＲＴ回路３７０については、図１５Ｊに概略的に図示する。強度駆動装置信
号３７６は、その強度を制御するためにＣＲＴに入力される。横方向駆動装置３
７２は、走査スポットの横方向位置を制御するためにＣＲＴに接続される。縦方
向駆動装置３７４は、走査スポットの縦方向位置を制御するためＣＲＴに入力さ
れる。

【００８７】サークル発生器回路３２４については、図１５ｋに概略的に図示する。スポッ
ト周波数信号３４８は、８ビット・カウンタ５３０に入力される。８ビット・カ
ウンタ５３０の出力は、余弦ＲＯＭ５３２に入力される。余弦ＲＯＭ５３２の出
力は、デジタル−アナログ変換器５３４に入力される。デジタル−アナログ変換
器５３４の出力は、マルチプライア５３６に入力される。マルチプライア５３６
の出力は、加算ブロック５３８に入力される。表示横方向センタ信号３６６は加
算ブロック５３８に入力される。加算ブロック５３８の出力は、横方向駆動装置
３７２である。８ビット・カウンタ５３０の出力も、正弦ＲＯＭ５４０に入力さ
れる。正弦ＲＯＭ５４０の出力は、デジタル−アナログ変換器５４２に入力され
る。デジタル−アナログ変換器５４２の出力は、マルチプライア５４４に入力さ
れる。半径３０８は、マルチプライア５４４にも入力される。マルチプライア５
４４からの出力は、加算ブロック５４６に入力される。表示縦方向センタ３６４
は、加算ブロック５４６にも入力される。加算ブロック５４６の出力は、縦方向
駆動装置３７４にも入力される。ブランク時間信号３４４はＮＯＴゲート５４８
に入力される。ＮＯＴゲート５４８の出力はＡＮＤゲート５５０に入力される。
スポット周波数信号３４８およびＣＲＴオン信号３０４は、ＡＮＤゲート５５０
にも入力される。ＡＮＤゲート５５０の出力は、強度駆動装置３７６となる。

【００８８】コンピュータ・インタフェース回路３６８については、図１５ｌに概略的に図
示する。縦方向センタ・アナログ信号３６４は、アナログ−デジタル変換器５５
２に入力される。アナログ−デジタル変換器５５２の出力は、デジタル縦方向セ
ンタ５５４となる。横方向センタ・アナログ信号３６６は、アナログ−デジタル
変換器５５６に入力される。アナログ−デジタル変換器５５６の出力は、デジタ
ル横方向センタ信号５５８となる。

【００８９】ここで図１４、１６、および１７を参照して、眼の角膜縁が部分的に覆われる
ときに眼の相対動作を追跡するもう１つの方法について説明する。この方法とし
ては、ＬＡＳＩＫ組織弁の存在を自動的に検出する方法と、可変光スポットの投
影をパルス処理およびブランキングする方法と、軌道２００を移動して、軌道の
位置が図１４、１６、および１７に図示されるような眼の位置に対応するように
する方法とが挙げられる。上述した通り、この眼の覆いは、通常表示時に眼を覆
う瞼によって発生しても、ＬＡＳＩＫなどの手術処置時に発生してもよい。繰り
返しになるが、可変光スポットは、眼の上に測定領域に共集束するように投影さ
れる。一方、赤外線光スポットは、眼の測定領域に共集束するように投影しても
よい。測定領域２５７および光スポット２０２は、図１４に図示する通り、眼の
周辺で走査される。この方法としては、領域内から光エネルギー検出器に光線を
選択的に通し、光エネルギー検出器から領域外からの光線を除くことによって、
測定領域を横切る寸法を制限する方法が挙げられる。さらに、ビーム偏向モジュ
ールは、ミラー、プリズムまたはレンズに関わるビームを偏向する。一方、ディ
スプレイ上の光スポットは、眼の上に投影され、このディスプレイ上に投影され
た光スポットは、眼の周辺で走査される。この方法は、環状の軌道２００内の光
スポットの走査処理に及んでいる。光スポット２０２を有する測定領域２５７は
軌道２００の周りを連続的に走査される。光スポット２０２は軌道２００のブラ
ンクの箇所２２３の時にオフにされる。反射した光の強度は反射した光エネルギ
ーの測定された値の間で補間される。

【００９０】眼２の角膜縁１０は、Ａで最初に位置決めされる。軌道２００は、図１６に図
示する通り、位置Ａで角膜縁１０と整列される。測定領域２５は、測定領域に関
する寸法５６０を有する。眼２および角膜縁１０は、軌道２００に関する角膜縁
のオフセットを生成するように移動する。軌道２００は、最初の位置から角膜縁
１０の移動した位置に移動する。角膜縁１０がさらに動くと、Ｂで角膜縁が位置
決めされる。移動した測定領域２５７’は、位置Ｂで移動した軌道２００’の周
囲で連続的に走査される。位置Ａと、Ｂとの間の離間距離５６２は、測定領域２
５７に関する寸法５６０よりも大きい。

【００９１】軌道２００の周辺での可視光スポット２０２の走査処理時、光スポットがパル
スされる。所望の周波数は、０．５キロヘルツ〜５００キロヘルツの範囲として
もよいが、約１００キロヘルツであるのが好ましい。光スポット２０２は、図１
６に図示する通り、眼の周辺の走査処理時にパルスされる。この光スポットのパ
ルス処理により、軌道２００周辺の５５９ａ〜５５９ｆなど最大強度の光スポッ
トの位置と連続的に重なる。２５７ａ〜２５７ｆなど連続的に測定領域は、５５
９ａ〜５５９ｆなど最大強度の光スポットを形成するために光スポット２０２の
パルス処理によって形成される。最大強度の光スポットは、そのスポットを含む
測定領域が重なるような格好で重なる。例えば、２５７ｃなど測定領域は、付近
で測定領域２５７ａ、２５７ｂ、２５７ｄ、および２５７ｅで重なる。光スポッ
ト２０２のパルス処理は、走査処理と同期し、軌道２００の周辺の光スポット２
０２の回転時に発生したパルスの数が一定になるようにする。

【００９２】この軌道の周辺の各回転は、第１のパルスを有し、連続的に発生したパルスの
角度的な隔離は、軌道の周辺の回転の最初のパルスに関しては固定した状態にな
る。軌道２００の周辺の光ビーム２０２の各回転により、基準周波数での信号を
生成し、この基準周波数は、軌道２００周辺のスポット２０２の回転と同じ周波
数となる。この基準周波数は、軌道２００の周辺でビームが回転する回転周波数
とも呼ばれる。

【００９３】光スポット２０２のパルス処理により、パルス中の光スポットの周波数ではキ
ャリア信号を生成する。このキャリア信号は、測定領域２５７として、測定領域
２５７から反射した光によって振幅変調され、光スポット２０２は、軌道２００
周辺で回転する。このキャリア周波数で振幅変調された信号の復調は、交流成分
と直流成分を有する信号を生成する。可変交流成分は、基準周波数で発生し、反
射した平均強度に対応した直流成分が発生する。可変交流成分の位相角度は、眼
の移動の角度を決定するため基準と比較される。信号変化の大きさは、眼の移動
の大きさを決定するため基準と比較される。

【００９４】角膜縁１０が位置Ａから位置Ｂに動くと、角膜縁１０が図１７に図示される通
り、測定領域２５７の少なくとも一部の範囲内になるような走査処理が行われる
。例えば、角膜縁１０は、Ａで最初に位置決めされ、軌道２００と整列される。
角膜縁１０の位置５６４への移動により、角膜縁１０と、軌道２００との間に僅
かながら不整列が生じる。この僅かな不整列のため、基準周波数では信号変化が
生じる。信号変化の振幅および位相を比較することにより、軌道２００に関する
眼の位置が決定される。軌道２００は、角膜縁１０の移動した位置５６４と整列
するように移動する。角膜縁１０が、移動した位置５６６にさらに動くと、軌道
２００がさらに移動し、角膜縁１０の移動した位置５６６に整列する。このよう
に角膜縁１０の移動した位置５６６に軌道２００が整列すると、反射した光エネ
ルギーの強度における変化が最小限になる。角膜縁１０の移動時、軌道２００は
位置ずれし、この角膜縁と整列し、その後、角膜縁１０は、測定領域２５７の範
囲外に移動する。

【００９５】一実施形態において、眼球追跡装置は、図１８に図示される通り、走査処理レ
ーザ外科システムと統合される。レーザ・システム５７４は、眼の前部表面を所
定の形状に削るように使用される。走査処理レーザ供給システム５７４は、摩擦
レーザ・ビーム５７８の経路内に位置決めされたレーザ・ビーム整形モジュール
５７７を含む。このレーザ・ビーム整形モジュール５７７は、可変開口部５７６
を通じてレーザ・ビームを選択的に通す。可変開口部５７６の寸法は、レーザ・
ビーム５７８のパルス間で変化し、眼の上のレーザ・ビームの形状を変える。ビ
ーム整形モジュール５７７は、眼２の周辺の可変開口部５７６を回転させるよう
に回転させてもよい。レーザ・ビーム整形モジュール５７７は、アクチュエータ
制御回路６０５によって制御される。走査処理レーザ・システム５７４は、レー
ザ・ビーム５７８のパルス間でレーザ・ビーム・パスをオフセットさせるのに使
用されるレーザ・ビーム偏向モジュール５８０をさらに有する。このビーム偏向
モジュール５８０は、レーザ・ビーム・パスの位置を移動させるために２つの回
転ミラー５８２および５８４を有する。ビーム偏向モジュール５８０は、ミラー
を動かすのに適切な機械アクチュエータをさらに有する。一方、ビーム偏向モジ
ュールは、移動可能なプリズムおよびレンズなどレーザ・ビームを偏向させる他
の光学素子を有してもよい。

【００９６】ビーム偏向モジュール５８０の機械アクチュエータは、アクチュエータ制御回
路６０５によって制御される。結像レンズ５８６は、レーザ・ビーム・パス内に
位置決めされる。この結像レンズ５８６は、眼の付近の開口部５７６の像を形成
する。ビーム・スプリッタ５８８は、レーザ・ビーム・エネルギーを選択的に反
射し、可視および近赤外線光エネルギーを動作顕微鏡５９０に送信する。

【００９７】眼球追跡・サブシステムは、眼の上に投影される陰極管２８９のスクリーン２
８８から走査処理光スポット２９２を有する。この光スポット２９２は、陰極管
スクリーン上の軌道２９０周辺を移動する。陰極管の使用の他、スーパー・ルミ
ネッセンス・ディスプレイ、液晶ディスプレイ、またはアクティブ・マトリック
ス・ディスプレイなど適切なディスプレイを使用してもよい。結像レンズ５９２
は、眼２の上のスポット２９２を投影するように位置決めされる。ビーム・スプ
リッタ５８８は、眼球追跡・システムと、レーザ供給システムとを結合させる。
光収集レンズ５９４は、光検出器２９４の前に位置決めされる。光収集レンズ５
９４は、検出器２９４の上に眼２をイメージングするのが好ましい。反射した光
は、検出器２９４によって電気角膜縁信号１２２に変換される。

【００９８】組織弁２１０の存在は、上述した通り、自動的に検出される。軌道２０２周辺
で測定領域２５７の走査部分では、軌道２００のブランクされた部分２２３に関
しては、光スポット２０２がオフされる。ビデオ軌道２９０のブランクされた部
分５９５は、軌道２００のブランクされた部分２２３に対応する。このブランク
された領域は、正確に検出された組織の組織弁の重なり部分を外科医に可視状態
でフィードバックする。

【００９９】他の素子は、動作顕微鏡５９０および可視固定ターゲット・システム５９６な
どレーザ外科システム５７４と統合されるのが好ましい。ミラー５９８は、顕微
鏡５９０の対物レンズ開口部６００および６０２の間に位置決めされる。ミラー
５９８は、眼球追跡と可視固定ターゲット・システムからの光を眼２に向かって
反射させる。顕微鏡５９０は、眼２の周辺で測定領域２５７の軌道２００を表示
する。ビーム・スプリッタ６０４は、ＣＲＴスクリーン２８８から所定波長の光
を選択的に反射し、可視固定システム５９６から所定波長の光を選択的に通す。
可視固定システム５９６は、患者にターゲットを提供し、外科手術時に表示する
。本発明の実施形態では、ＣＲＴスクリーンから走査処理スポットを有する眼球
追跡装置を用いているが、本発明の別の実施形態では、上記に示される通り、測
定領域２５７を走査するのに適切な他の方法を含む。

【０１００】レーザ・システム５７４は、図１８ａに図示される通り、レーザ・システム・
コントローラを有する。このレーザ・システム・コントローラ６０６は、ランダ
ム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）６０８、有形媒体６１０、データ・バス６１２
、マイクロプロセッサ６１４、データ・ポート６１６、アクチュエータ制御回路
６０５、および眼球追跡装置インタフェース６２０を有する。この有形媒体は、
読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーまたはハードディスク駆動装置など
適切なコンピュータ読み込み可能な媒体を含んでもよい。

【０１０１】ＲＡＭは、レーザ治療時にＲＡＭ内に少なくとも部分的に格納されるレーザ治
療テーブル６２２を有する構成とする。好ましくは、レーザ治療テーブル全体は
、レーザ治療時にレーザ治療値を計算することによって生じる後れを避けるため
、処理前にＲＡＭ内に格納される。眼球追跡装置インタフェース６２０は、レー
ザ・システム・コントローラ６０６に眼の位置を入力する。最初の眼の位置６２
４は、レーザ治療の開始時にＲＡＭ６０８内に格納される。レーザ治療テーブル
６２２は、レーザのパルス処理時に眼の上にあるレーザ・ビーム５７８の位置お
よび形状に対応する数を有する。このレーザ治療テーブルは、いくつかのレコー
ド６２６を有する。レーザ治療テーブル中のレコードにより、レーザ・ビームの
離散パルス時のレーザの構成をリスト表示する。レーザ治療テーブル６２２は、
レーザ治療センタからのレーザ・ビームのＸオフセット６２８およびＹオフセッ
ト６３０のフィールドを有する。このレーザ治療テーブルにおいて、これらのオ
フセットは、処理センタに関するＸおよびＹ座標としてリスト表示されるが、他
の適切な座標系を使用してもよい。また、この処理テーブルは、可変開口部直径
６３２のフィールドと、可変開口部スロット幅６３４と、可変開口部スロット角
度６３６とを有する。また、レーザ治療テーブル６２２は、レーザ治療テーブル
６２２の各レコード６２６のパルス６３５の数についてのフィールドも有する。

【０１０２】レーザ・ビームで患者を治療するコンピュータ・ルーチン６３７を図示するフ
ロー・チャートを図１８ｂに示す。このルーチンは、患者めがね処方など患者レ
ーザ治療パラメータの入力を含む。これらのパラメータは、データ入出力ポート
６１６経由でレーザ・システム・コントローラ６０６内に入力され、ＲＡＭ６０
８内に格納される。このレーザ・システム・コントローラは、レーザ治療テーブ
ル６２２を計算し、ＲＡＭ６０８内のテーブルに格納する。外科医は、レーザ・
システム５７４に患者の眼２を整列させる。スイッチなどの入力デバイスを起動
することによって、外科医は、患者の位置決めを指示する。

【０１０３】外科医は、フット・スイッチなどの入力デバイスなどを押すことによってレー
ザ治療を開始する。一方、レーザ治療を開始することによって、外科医は、患者
の位置決めを指示してもよい。眼球追跡装置は、外科医が患者の位置決めを指示
するときに最初の眼の位置６２４を決定する。最初の眼の位置６２４は、最初の
ＸおよびＹ座標での眼の位置に対応する変数ＸＩＮＩＴおよびＹＩＮＩＴによっ
て図示される通り、コンピュータＲＡＭ内に格納される。これらの眼の座標位置
は、レーザ治療センタから離れているのが好ましい。現在の眼の位置は、追跡装
置インタフェース・ポート６２０をアクセスすることによって決定される。

【０１０４】現在のＸおよびＹ座標の眼の位置に対応する変数ＸＣＵＲおよびＹＣＵＲによ
って示される通り、現在の眼の位置がＲＡＭ内に格納される。最初のレーザ・パ
ルスの場合、最初の眼の位置は、現在の眼の位置と考えてもよい。最初の眼の位
置と、現在の眼の位置との間の移動ベクトルは、それぞれ、ＸおよびＹ移動の変
数ＸＤＩＳおよびＹＤＩＳによって示してもよい。ＸＤＩＳおよびＹＤＩＳの値
は、座標基準（ＸＣＵＲ、ＹＣＵＲ）によって指定された眼の現在の位置から座
標基準（ＸＩＮＩＴ、ＹＩＮＩＴ）によって指定された最初の位置を減算するこ
とによって計算される。座標基準（ＸＤＩＳ、ＹＤＩＳ）によって指定された移
動ベクトルは、閾値許容誤差と比較される。移動ベクトルが、この許容誤差より
も大きい場合、治療は中断され、アラームを起動させてもよい。また、移動ベク
トルが閾値よりも小さい場合、最初の眼の位置と、現在の眼の位置との間の移動
は、次のレーザ・パルスの新しいオフセット位置を計算するのに使用される。

【０１０５】この新しいＸおよびＹオフセット位置は、座標基準（ＸＮＥＷ，ＹＮＥＷ）に
よって指定される。ＸＮＥＷおよびＹＮＥＷの値は、治療テーブル６２２におけ
る現在のレコードの元のオフセット位置（ＸＯＦＦＳ，ＹＯＦＦＳ）に移動ベク
トル（ＸＤＩＳ，ＹＤＩＳ）を加えることによって計算される。このレーザ素子
は、治療テーブルの現在のレコードと、それぞれ新しいＸおよびＹオフセット位
置ＸＮＥＷおよびＹＮＥＷによって示されるように構成される。このレーザは、
パルス処理される。このレーザをパルス処理するコンピュータ・ルーチンにより
現在の眼の位置を決定するコンピュータ・ルーチンは、治療テーブルによって示
された最後のパルスが、図１８ｂに図示される通りに提供されるまで繰り返され
る。

【０１０６】走査処理レーザ・システムと統合された眼球追跡装置のもう１つの実施形態に
おいて、走査処理レーザ・システムのビーム偏向モジュールは、図１９に図示す
る通り、軌道２００の周辺で測定領域２５７を走査するのに使用してもよい。こ
の統合されたシステム６３８は、可変開口部５７６を形成するレーザ・ビーム整
形モジュール５７７と、レーザ・ビーム５７８と、レーザ・ビーム・パスをオフ
セットするのに使用されるレーザ・ビーム偏向素子５８０とを有する。このレー
ザ・ビーム偏向素子５８０は、軌道２００の周辺で測定領域２７を走査するのに
も使用される。

【０１０７】ビーム・スプリッタ６３９は、レーザ・ビーム５７８と、光源２７０からパル
ス処理された光をインターセプトする。ビーム・スプリッタ６３９は、レーザ・
ビーム２７０を選択的に通過させ、光源２７０からパルス処理された光を反射さ
せてもよい。別法として、ビーム・スプリッタ６３９は選択的にレーザ・ビーム
２７０を反射し、光源２７４からの光を通過させてもよい。ビーム・スプリッタ
６３９は、開口部２７６および２８０とを可変開口部５７６と整列させる。開口
部５７６、２７６、２８０は、眼２の上に結像させたとき同心円となる。レーザ
治療が進むにつれて、可変開口部２７６の像は、レーザ治療テーブル６２２によ
って走査される。レーザ・ビーム５７８のパルス間で、開口部２７６および２８
０は、軌道２００周辺で測定領域２５７を走査する。

【０１０８】５７４などレーザ・システムに、移動する眼を切開する方法について、図２０
および２１に示す。眼は、切開レーザ・エネルギーのビームから一連のパルスに
所定の形状にレーザで切り込まれる。レチクル６４０は、レーザ治療予定領域６
４２のセンタ６４１を示す。レーザ治療予定領域６４２は、レーザ治療予定領域
６４２の範囲内の所望の形状に角膜１２を切開させるように整列される。眼の位
置は、上述される通り、走査処理光スポット２０２により決定される。走査処理
光スポット２０２および走査処理用に測定領域２５７の最初の軌道２００ａは、
角膜縁１０ａの最初の位置に対して整列される。レーザ治療予定領域６４２は角
膜縁１０ａの最初の位置に対して整列される。角膜縁を覆う切開組織のＬＡＳＩ
Ｋ組織弁は、自動的に検出され、可視光線が、上述した通り、組織弁に対してブ
ランクされる。レーザ治療予定領域６４２は、図２０に図示する通り、角膜縁１
０ａと偏心する。レーザ治療予定領域６４２は、個々のレーザ・パルス６４６な
ど複数の個々のレーザ・パルスで治療する領域とする。オフセット・レーザ・ビ
ーム・パス５８９は、レーザ・ビーム・パルス６４６間にオフセットされる。個
々のレーザ・パルスのサイズは変化し、レーザ治療テーブル６２２によって示さ
れる通りのオフセット位置とする。レーザ治療テーブル６２２は、基準位置６４
４に関するレーザ・ビームのオフセット予定位置をリスト表示する。この基準位
置６４４は、治療予定領域６４２のセンタ６４１で配置されるのが好ましいが、
治療予定領域６４２のセンタ６４１から離れた位置であってもよい。オフセット
予定ベクトル６４８は、基準６４４に対する単一のレーザ・ビーム・パルス６４
６のオフセット予定位置を図示する。このオフセット予定ベクトル６４８は、治
療テーブル６２２のＸオフセット６２８およびＹオフセット６３０位置の両方を
備える。

【０１０９】レーザ外科手術時、眼は通常、患者がレーザに位置決めされた時と、レーザ・
パルスが供給される時との間に移動する。眼の移動した角膜縁１０ｂは、移動し
た軌道２００ｂと整列させられる。最初の角膜縁の位置１０ａと、移動した角膜
縁の位置１０ｂとの間の離間距離６６０は、測定領域２５７に関する寸法６５８
を超える。眼球追跡装置軸およびレーザ・ビーム・パスは、別個に移動可能であ
る。眼球追跡装置６５１の軸の最初の位置は、眼球追跡装置６５３の軸の現在の
位置に移動する。

【０１１０】患者をレーザに位置決めするとき、眼の最初の位置６５０が決められる。眼の
最初の位置６５０は、レーザ・システム・コントローラ６０６のＲＡＭ６０８内
に格納される。６４６など個々の計画的なレーザ・パルスを入射させる前に、眼
の現在位置６５２が決められる。眼の移動ベクトル６５４は、現在の眼の位置６
５２から最初の眼の位置６５０を減算することによって計算される。眼の移動ベ
クトル６５４は、最大移動許容誤差と比較される。移動ベクトル６５４が許容誤
差よりも大きい場合、レーザ・システム・コントローラ６０６は、レーザ治療を
中断する。移動ベクトル６５４が最大移動許容誤差よりも小さい場合、レーザ・
システム・コントローラ６０６は、治療テーブル６２２の現在のレコード６２６
のＸオフセット６２８およびＹオフセット６３０の位置に基づいて新しいオフセ
ット位置６５６を計算する。このレーザ・ビーム整形およびオフセット素子は、
新しいオフセット位置６５６、およびレーザ治療テーブルの現在のレコードの他
のフィールド６３２〜６３６によって示される新しい位置に移動する。レーザ治
療テーブルの現在のレコードは、レコード番号４などレーザ治療テーブルのレコ
ードとなる可能性がある。レーザ・ビーム５７８は、レーザ治療テーブル６２２
の現在のレコードのパルス・フィールド６３５に従ってパルス処理される。

【０１１１】このレーザがパルス処理された後、眼の現在位置を決めるステップと、レーザ
・ビーム５７８のパルス処理に導く後続のステップとが繰り返される。治療テー
ブル６２２によって示されたレーザ・パルスの全てが提供された後、レーザ治療
は終了する。

【０１１２】本発明は、一般的に、眼の表面を切開させるための紫外線レーザを有する走査
処理レーザ・システムとの併用について説明したが、本発明は、この種のシステ
ムに限定されないと理解される。例えば、本明細書に記載したシステムおよび方
法は、電磁気放射のスペクトルの赤外線部分からの電磁気放射など電磁気放射の
他の適切な波長を用いたレーザ・システムに準拠して用いてもよい。上記は、本
発明の好ましい実施形態の完全な説明である一方、様々な変形、変更、および等
価物を使用してもよい。例えば、大領域の切開レーザ・システムの他、本発明は
、ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＴ−ＰＲＫ（登録商標
）走査および追跡レーザや、ＣｈｉｒｏｎＶｉｓｉｏｎのＫｅｒａｃｏｒ^TM２
１７走査レーザ・システムなどの走査レーザ・システムと併用してもよい。従っ
て、上記の説明は、添付した請求項によって定義される発明の範囲を限定するも
のと解釈すべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】虹彩と強膜の間のコントラストを図示する、眼の表面の解剖学的構造を示す正
面図である。

【図１Ａ】本発明を組み込んだレーザ手術システムを示す概略図である。

【図２】本発明の光学系および方法の基本的な構成要素を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態による虹彩と強膜の間の境界を追跡する光学系の機能ブロ
ック図である。

【図４】図３の光学系から受信した信号に基づいて眼の中心の大きさ／位相の極座標を
決定するための制御回路を示すブロック図である。

【図５】眼の光軸が光学系と位置合わせされた場合を図示する、虹彩／強膜の境界の周
りを走査する光スポットを示す概略図である。

【図６】図５の場合に図４の制御回路によって受信される信号を示すグラフである。

【図７】眼の光軸が光学系と位置合わせされない場合を図示する、虹彩／強膜の境界の
周りを走査する光スポットを示す概略図である。

【図８】図７の場合に図４の制御回路によって受信される信号を示すグラフである。

【図９】ＬＡＳＩＫ処置中に虹彩／強膜の境界の周りを走査する光スポットを示す概略
図である。

【図９Ａ】ＬＡＳＩＫ処置中に虹彩／強膜の境界の周りを走査する光スポットを示す概略
図である。

【図１０】本発明の一実施形態に組み込まれる光源のリングを示す概略図である。

【図１１】本発明の一実施形態での回転開口の使用法を示す概略図である。

【図１２】測定領域で角膜縁の周りを走査するために、開口と位置合わせした投射スポッ
トを使用する、本発明の一実施形態を示す概略図である。

【図１３】可視光スポットを眼に投射するための陰極線管画面を含む本発明の一実施形態
を示す概略図である。

【図１４】角膜の覆われている領域の上で投射光スポットをブランキングし、走査光の軌
道を変位させて眼の位置と一致させることを含む、本発明の一実施形態を示す概
略図である。

【図１５】図１４の場合と同様に走査光の変位およびブランキングをもたらす制御回路を
示す概略ブロック図である。

【図１５Ａ】図１５で参照したブランキング回路を示すブロック図である。

【図１５Ｂ】図１５で参照した自動組織弁検出回路を示すブロック図である。

【図１５Ｃ】図１５で参照したユーザ・インタフェース回路を示すブロック図である。

【図１５Ｄ】図１５で参照した補間回路を示すブロック図である。

【図１５Ｅ】図１５で参照したタイミング回路を示すブロック図である。

【図１５Ｆ】図１５で参照したオフセット回路を示すブロック図である。

【図１５Ｇ】図１５で参照した誤り検出回路を示すブロック図である。

【図１５Ｈ】図１５で参照した光検出器回路を示すブロック図である。

【図１５Ｉ】図１５で参照したフィードバック回路を示すブロック図である。

【図１５Ｊ】図１５で参照したＣＲＴ回路を示すブロック図である。

【図１５Ｋ】図１５で参照した円発生器（ｃｉｒｃｌｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）回路を示す
ブロック図である。

【図１５Ｌ】図１５で参照したコンピュータ・インタフェース回路を示すブロック図である
。

【図１６】本発明の一実施形態の、光スポットが境界の周りを走査する間に発生するパル
ス走査光スポットの重なり合いを示す概略図である。

【図１７】眼の変位と一致するようにスポットの軌道が偏位した、重なり合ったパルス走
査光スポットを示す概略図である。

【図１８】レーザ手術システムと統合された眼球追跡装置を含む本発明の一実施形態を示
す概略図である。

【図１８Ａ】図１８のレーザ・システムを制御するために使用される本発明のレーザ・シス
テム制御装置を示すブロック図である。

【図１８Ｂ】図１８Ａのレーザ・システム制御装置で使用される本発明のコンピュータ・ル
ーチンを示すブロック図である。

【図１９】同一のビーム偏向モジュールを使用して、走査レーザ治療ビームおよび眼の位
置を測定するための光ビームの両方を偏向させる、本発明の一実施形態を示す概
略図である。

【図２０】動いている眼をレーザ・ビームで切開する方法を示す概略図である。

【図２１】動いている眼をレーザ・ビームで切開する方法を示す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者クラファーム，テレンス・エヌアメリカ合衆国・95327・カリフォルニア州・ジェイムスタウン・レイクフロントドライブ・14854

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】患者の眼球運動を追跡する方法であって、強膜および虹彩の部分を含む眼の一領域に向けて光ビームを送ること、眼の前記領域から反射光を受光すること、および反射光の強度を測定して、眼の相対位置を決定することを含む方法。
【請求項２】環状光パターンを眼の瞳孔より径方向外側に向けて送ること
、および環状光パターンの離散した諸部分からの反射光の光の強さに対応する信号を測
定し、眼の相対位置を決定することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】瞳孔より径方向外側にあるほぼ環状の軌道に沿って光スポッ
トで走査すること、および環状軌道の離散した諸部分からの反射光の光の強さに対応する信号を測定し、
眼の相対位置を決定することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】反射光が、強膜で反射した第１の強度を有する光と、虹彩で
反射した、第１の強度より弱い第２の強度を有する光とを含む請求項１に記載の
方法。
【請求項５】眼のその領域が、強膜と虹彩の間の角膜縁に隣接または近接
して瞳孔の径方向外側に位置する環状領域である請求項１に記載の方法。
【請求項６】環状領域に対する角膜縁の位置を、反射光の強度に基づいて
決定することをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】患者の眼球運動を追跡する方法であって、瞳孔より径方向外側にある眼の領域に向けて光線を送ること、この光線で瞳孔の周りの環状軌道を走査すること、および環状軌道からの反射光の光の強さに対応する信号を測定し、眼の相対位置を決
定することを含む方法。
【請求項８】強膜と虹彩の間の角膜縁に隣接または近接するように環状軌
道を位置決めすること、および角膜縁の周りを光線で走査して基準強度信号を決
定することをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】反射光の強度の変化を測定することによって環状軌道に対す
る相対的な角膜縁の後続の運動を追跡することをさらに含む請求項８に記載の方
法。
【請求項１０】光線で環状軌道の周りを基準周波数で走査する方法であっ
て、基準周波数の交流成分を生成すること、および光線信号の振幅を基準周波数の振幅と比較して、眼の変位の大きさを決定する
ことをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】光線で環状軌道の周りを基準周波数で走査する方法であっ
て、基準周波数の交流成分を生成すること、および光線信号の位相を基準周波数信号の位相と比較して、眼の変位のベクトル角を
決定することをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】光源と眼の間に位置決めされたミラーを振動させることに
よって光線で環状軌道の周りを走査する請求項７に記載の方法。
【請求項１３】光源のリングを順次活動化して、環状軌道の周りを光線で
順次走査することをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】１本または複数本の光ファイバを介して光を眼まで伝送す
ること、および光ファイバの遠位端部を回転させて環状軌道の周りを光で走査す
ることをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１５】光が赤外線領域の波長を有する請求項７に記載の方法。
【請求項１６】眼の手術処置を実行するための方法であって、角膜上の組織構造にエネルギーを印加すること、印加ステップ中に、角膜縁またはその付近に向けて光を送り、前記角膜縁から
の反射光を受光すること、反射光の強度を測定して、角膜縁の相対位置を決定すること、および角膜縁の前記位置に基づいて印加ステップを修正することを含む方法。
【請求項１７】環状光パターンを眼の瞳孔より径方向外側に向けて送るこ
と、および環状光パターンの離散した諸部分からの反射光の光の強さに対応する信号を測
定し、眼の相対位置を決定することをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】瞳孔より径方向外側にあるほぼ環状の軌道に沿って光スポ
ットで走査すること、および環状軌道の離散した諸部分からの反射光の光の強さに対応する信号を測定し、
眼の相対位置を決定することをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】エネルギーを印加するステップが、角膜の前部表面の光学
的に有用な部分の組織構造を切開するために、角膜上に紫外線放射を投射するこ
とを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】前記角膜が上皮、ボーマン層、および基質を含む方法であ
って、上皮およびボーマン層の少なくとも一部分を角膜の前部領域から切って、
基質の選択領域を露出させること、および選択領域内の基質の一部分を切開する
ことをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】エネルギーを印加するステップの前に、角膜縁の諸部分を
含む組織領域を切って、その下にあるほぼ非反射性の角膜の領域を露出させるこ
と、下にある角膜の非反射性部分の少なくとも一部分、および除去されていない眼
の反射性部分を含むほぼ環状の軌道に沿って光線で走査すること、ならびに眼の前記反射部分からの反射光の強度に基づいて、環状軌道に対する角膜縁の
位置を補間することをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】患者の眼球運動を追跡する光学系であって、光源と、光源から強膜および虹彩を含む眼の一領域に向けて光線を送る光学列と、眼の前記領域からの反射光を受光するように位置決めされた光検出器と、光検出器に結合された、反射光の強度を測定して眼の相対位置を決定する制御
装置とを含む光学系。
【請求項２３】光学列に沿って位置決めされた光管理システムをさらに含
み、光管理システムが、眼の瞳孔の周りの環状軌道を光線で走査するように構成
され、制御装置が、光検出器に結合された、環状軌道の離散した諸部分からの反
射光の光の強さに対応する信号を測定するように構成された電気的システムを含
む請求項２２に記載の光学系。
【請求項２４】光源が、眼の角膜縁またはその付近に向けて環状光パター
ンを送るように構成され、制御装置が、光検出器に結合された、環状光パターン
の離散した諸部分からの反射光の光の強さに対応する信号を測定するための電気
回路を含む請求項２２に記載の光学系。
【請求項２５】光管理システムが、光源と眼の間に位置決めされた振動ミ
ラーと、光で環状軌道の周りを走査するようにミラーを振動させるためのモータ
とを含む請求項２３に記載の光学系。
【請求項２６】光管理システムが、環状アレイに位置決めされた光源のリ
ングを含み、これらの光源を順次活動化することによって光で環状軌道の周りを
走査するようになっている請求項２３に記載の光学系。
【請求項２７】光管理システムが、光源に結合された、光を伝送するため
の１本または複数本の光ファイバを含み、光ファイバが、眼に光を投射するため
の端部と、光で環状軌道の周りを走査するために光ファイバの前記端部を回転さ
せるための駆動装置とを有する請求項２３に記載の光学系。
【請求項２８】光管理システムに結合された、角膜縁とほぼ一致する環状
軌道を位置決めする較正システムをさらに含む請求項２３に記載の光学系。
【請求項２９】基準周波数および基準強度で基準光検出器上を光線で走査
する基準同期システムと、基準周波数および基準強度に基づいて基準位相および
基準振幅を有する交流信号を生成する電気的システムとをさらに含む請求項２３
に記載の光学系。
【請求項３０】電気的システムが、光検出器に結合され、反射光からの信
号の位相および振幅に基づいて角膜辺縁位相および角膜辺縁振幅を有する角膜辺
縁信号を生成し、また反射光信号の位相と基準位相を比較して眼の変位のベクト
ル角を決定する位相比較器と、反射光信号の振幅と基準振幅を比較して眼の変位
の大きさを決定する振幅比較器とをさらに含む請求項２９に記載の光学系。
【請求項３１】角膜の前部表面の選択領域上に放射を投射して、特定の深
さまでの前記選択領域の切開を実施するレーザ・アセンブリ、ならびに光源、および眼の瞳孔の周りの環状軌道中を光線で走査するように構成され
た光管理システムを含む光学系と、前記光学系に結合され、環状軌道の離散した諸部分からの反射光の光の強さ
に対応する信号を測定して眼の位置を追跡するように構成された電気的システム
とを含む、眼球運動を追跡するための眼球追跡システムを含む光学系。
【請求項３２】境界を有する眼の位置を追跡する方法であって、眼に向けて光エネルギーを送ること、境界の一部分を含む眼の一領域で反射したエネルギーの強度を測定すること、
および眼の周りを測定領域で走査して、反射エネルギーの強度の変動から眼の位置を
決定することを含む方法。
【請求項３３】その領域内からの光線を光エネルギー検出器まで選択的に
通し、その領域の外側からの光線を光エネルギー検出器から排除することによっ
て、測定領域の両端間の寸法を制限すること、測定領域を環状軌道を含むパターンで基準周波数で眼の周りで回転させ、基準
周波数の可変信号を生成すること、可変信号の振幅を基準と比較して、眼の変位の大きさを決定すること、可変信号の位相角を基準と比較して、眼の位置の角度を決定すること、境界とほぼ一致するように軌道を位置決めすること、および角膜縁の第２の半径と一致するように軌道の第１の半径を調節することをさらに含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】境界を有する眼の位置を追跡する方法であって、光エネルギーのビームを眼に投射すること、境界の一部分を含み、ビームと位置合わせされた眼の一領域で反射したエネル
ギーの強度を測定すること、およびビームおよびその領域で眼の周りを走査して、反射エネルギーの強度の変動か
ら眼の位置を決定することを含む方法。
【請求項３５】その領域内からの光線を光エネルギー検出器まで選択的に
通し、その領域の外側からの光線を光エネルギー検出器から排除することによっ
て、測定領域の両端間の寸法を制限すること、測定領域を環状軌道を含むパターンで基準周波数で眼の周りで回転させ、基準
周波数の可変信号を生成すること、可変信号の振幅を基準と比較して、眼の変位の大きさを決定すること、可変信号の位相角を基準と比較して、眼の位置の角度を決定すること、境界とほぼ一致するように軌道を位置決めすること、および角膜縁の第２の半径と一致するように軌道の第１の半径を調節することをさらに含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】境界を有する眼の位置を追跡する方法であって、光エネルギーを含む光ビームをディスプレイから眼に投射すること、境界の一部分を含む眼の一領域で反射されたエネルギーの強度を測定すること
、およびビームで眼の周りを走査して、反射エネルギーの強度の変動から眼の位置を決
定することを含む方法。
【請求項３７】ビームで精密に領域を決めるようにその領域の焦点に光ビ
ームを結像すること、ビームを環状軌道を含むパターンで基準周波数で眼の周りで回転させ、基準周
波数の可変信号を生成すること、可変信号の振幅を基準と比較して、眼の変位の大きさを決定すること、可変信号の位相角を基準と比較して、眼の位置の角度を決定すること、境界とほぼ一致するように軌道を位置決めすること、および角膜縁の第２の半径と一致するように軌道の第１の半径を調節することをさらに含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】角膜縁を有する眼の位置を手術中に追跡する方法であって
、眼に向けて光エネルギーを送ること、角膜縁の一部分を含む眼の一領域で反射したエネルギーの強度を測定すること
、および角膜縁を覆う切開した組織の組織弁を自動的に検出することを含む方法。
【請求項３９】その領域上に可視光ビームを投射すること、ビームで精密に領域を決めるようにその領域の焦点に光ビームを結像すること
、光ビームを０．５ｋＨｚより高い既知の周波数でパルス化すること、光ビームで眼の周りをある軌道で走査し、反射エネルギーの強度の変動から眼
の位置を決定すること、パルス化ステップと走査ステップを同期させること、走査ステップ中に、最大強度の光ビームの位置を、最大強度の光ビームの以前
の位置と重ね合わせること、検出された組織弁の上の軌道の一部分の周りで可視光ビームをブランキングす
ること、反射エネルギーの各測定値の間の測定強度を補間すること、角膜縁とほぼ一致するように軌道を位置決めすること、光ビームを環状軌道を含むパターンで基準周波数で眼の周りで回転させ、基準
周波数の可変角膜辺縁信号を生成すること、可変信号の振幅を基準と比較して、眼の変位の大きさを決定すること、可変信号の位相角を基準と比較して、眼の位置の角度を決定すること、および反射エネルギーの強度の変動を最小限に抑えるように軌道を変位させることを
さらに含む方法であって、この軌道の位置が眼の位置に対応し、最初の軌道の位
置と変位後の軌道の位置の間の隔離距離が測定領域の両端間の寸法より大きい請
求項３８に記載の方法。
【請求項４０】その領域内からの光線を光エネルギー検出器まで選択的に
通し、その領域の外側からの光線を光エネルギー検出器から排除することによっ
て測定領域の両端間の寸法を制限すること、ならびにレンズ、プリズム、およびミラーからなるグループから選択した光学素子を含
むビーム偏向モジュールでビームを偏向させることをさらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】ある経路を有するレーザ治療エネルギーのビームで、角膜
縁を有する眼を治療する方法であって、光エネルギーを眼に向けて送ること、角膜縁の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーの強度を測定するこ
と、眼の角膜縁を覆う組織の切開した組織弁を自動的に検出すること、および眼の上の組織構造に治療エネルギーを印加することを含む方法。
【請求項４２】可視光エネルギーのビームを眼に投射して、角膜縁の覆わ
れていない部分に可視光スポットを形成すること、測定領域で眼の周りを走査し、反射エネルギーの強度の変動から眼の位置を決
定すること、測定領域を環状軌道を含むパターンで基準周波数で眼の周りで回転させ、基準
周波数の可変角膜辺縁信号を生成すること、可変信号の振幅を基準と比較して、眼の変位の大きさを決定すること、可変信号の位相角を基準と比較して、眼の位置の角度を決定すること、角膜縁とほぼ一致するように軌道を位置決めすること、反射エネルギーの強度の変動を最小限に抑えるように軌道を変位させること（
変位した軌道の位置は眼の位置に対応する）、および最初の軌道の位置を、測定領域の両端間の寸法より長い距離だけ、変位後の軌
道の位置から隔離することをさらに含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】眼のレーザ治療区域を、切開レーザ・エネルギーのビーム
からの一連のパルスで所定の形状にレーザ成形する方法であって、レーザ・ビームの各パルスの間にレーザ・ビームの経路を基準位置から偏位さ
せること、眼球追跡装置軸を最初の位置から現在の位置に変位させること（軸の最初の位
置および現在の位置は、眼の最初の位置および現在の位置と関係し、眼球追跡装
置軸はレーザ・ビームの経路とは無関係に移動させることができる）、ならびに切開エネルギーのビームで眼を切開し、眼を所定の形状に成形することを含む方法。
【請求項４４】レーザ・システム制御装置にレーザ治療を入力すること、ビームの基準位置からのオフセット位置を含むレーザ治療表を計算すること、レーザ・システム制御装置のランダム・アクセス・メモリにレーザ治療表をロ
ードすること、眼をレーザ治療区域と位置合わせすること、位置合わせステップ中に得られた眼の位置である眼の最初の位置を決定するこ
と、レーザ・システム制御装置のランダム・アクセス・メモリに眼の最初の位置を
記憶すること、眼の現在の位置を決定すること、最初の位置から現在の位置までの眼の変位を計算すること、眼の変位を許容差と比較すること、眼の変位が許容差より大きい場合に、レーザ治療を中断すること、表中のビームのオフセット位置を眼の変位に加算することによって、眼の新し
いオフセット位置を計算すること、新しいオフセット位置に従って、レーザ・ビーム偏向モジュールの素子を移動
させること、レーザ・ビームをパルス化すること、レーザ・ビームをパルス化することを介して、眼の現在の位置を決定するステ
ップを繰り返すこと、およびレーザ治療を終了することをさらに含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】境界を有する眼の位置を測定するための眼球追跡装置であ
って、光エネルギーを生成するための光源と、境界の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーを受光するように位置
決めされた光検出器と、その領域からの光エネルギーをその開口を通して選択的に検出器まで通すこと
によって測定領域の両端間の寸法を制限するための開口が形成された、測定領域
の外側からの光線を遮断する光学的に非透過性の材料と、その領域で眼の周りをある軌道で走査するための光学列と、光検出器に結合された、反射光エネルギーを測定して眼の相対位置を決定する
ための制御装置とを含む眼球追跡装置。
【請求項４６】領域を開口上に結像するための結像レンズをさらに含む請求項４５に記載の眼球追跡装置。
【請求項４７】境界を有する眼の一部分を測定するための眼球追跡装置で
あって、光エネルギーを生成する可視光源と、光エネルギーを可視光スポットとして眼の上に投射する結像レンズと、境界の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーを受光するように位置
決めされた光検出器と、その領域からの光エネルギーをその開口を通して選択的に検出器まで通すこと
によって測定領域の両端間の寸法を制限するための開口が形成された、測定領域
の外側からの光線を遮断する光学的に非透過性の材料と、その領域で眼の周りをある軌道で走査する光学列と、光検出器に結合された、反射光エネルギーを測定して眼の相対位置を決定する
制御装置とを含む眼球追跡装置。
【請求項４８】光スポットおよび測定領域で眼の周りを環状軌道で走査す
る光ビーム偏向モジュールと、投射された光スポットを測定領域と位置合わせし、眼と共焦となるようにする
ための反射面とをさらに含む請求項４７に記載の眼球追跡装置。
【請求項４９】境界を有する眼の位置を測定するための眼球追跡装置であ
って、可視光エネルギーを含む光スポットを含む表示画面と、光エネルギーを可視光スポットとして眼の上に投射する結像レンズと、境界の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーを受光するように位置
決めされた光検出器と、光検出器に結合された、反射光エネルギーを測定して眼の相対位置を決定する
制御装置とを含む眼球追跡装置。
【請求項５０】角膜辺縁信号をフィルタリングするための同調可能帯域フ
ィルタと、信号ピークを保持するためのピーク保持検出器と、基準信号に結合され、信号ピークの位相角を決定するための位相比較器と、信号ピークを基準で除算する除算器とをさらに含む請求項４９に記載の眼球追跡装置。
【請求項５１】境界を有する眼の位置を測定する眼球追跡装置であって、光エネルギーを生成する光源と、境界の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーを受光するように位置
決めされた光検出器と、その領域で眼の上を走査するための光学列と、光検出器に結合され、境界を覆う組織を自動的に検出し、境界の覆われていな
い部分からの反射光エネルギーを測定して眼の相対位置を決定する制御装置とを含む眼球追跡装置。
【請求項５２】可視光エネルギーを含む光エネルギーを可視光スポットと
して眼の上に投射する結像レンズと、その領域からの光エネルギーをその開口を通して選択的に検出器まで通すこと
によって測定領域の両端間の寸法を制限するための開口が形成された、測定領域
の外側からの光線を遮断する光学的に非透過性の材料と、光スポットおよび測定領域で眼の周りを環状軌道で走査するための光ビーム偏
向モジュールと、投射された光スポットを測定領域と位置合わせし、眼と共焦となるようにする
ための反射面と、角膜縁の一部分を含む境界を覆う検出された組織の上で投射された可視光スポ
ットをブランキングするブランキング回路と、切開した組織の組織弁を検出するための自動組織弁検出回路と、測定した光エネルギーを補間するための補間回路と、環状軌道を眼の位置と一致するように変位させるためのオフセット回路とをさらに含む請求項５１に記載の眼球追跡装置。
【請求項５３】光源が表示画面を含む請求項５１に記載の眼球追跡装置。
【請求項５４】可視光エネルギーを含む光エネルギーを可視光スポットと
して眼の上に投射する結像レンズと、角膜縁の一部分を含む境界を覆う検出された組織の上で投射された可視光スポ
ットをブランキングするブランキング回路と、測定した光エネルギーを補間する補間回路と、環状軌道を眼の位置と一致するように変位させるオフセット回路とをさらに含む請求項５３に記載の眼球追跡装置。
【請求項５５】眼球追跡装置と統合されたレーザ手術システムであって、切開レーザ・エネルギーのビームを生成するレーザと、基準位置から様々に偏位する可動レーザ・ビーム経路と、眼の位置と一致するように移動することができ、さらにレーザ・ビーム経路に
対して独立して移動することができる可動の眼球追跡装置軸と、眼球追跡装置軸の位置およびレーザ治療表の値に従ってレーザ・ビーム経路を
偏位させるレーザ・システム制御装置とを含むシステム。
【請求項５６】可視光エネルギーを生成する光源と、境界の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーを受光するように位置
決めされた光検出器と、その領域で眼の上を走査する光学列と、光検出器に結合された、境界を覆う組織を自動的に検出し、境界の覆われてい
ない部分からの反射光エネルギーを測定して眼の相対位置を決定する眼球追跡装
置の制御装置と可視光エネルギーを含む光エネルギーを可視光スポットとして眼の上に投射す
る結像レンズと、角膜縁の一部分を含む境界を覆う検出された組織の上で投射された可視光スポ
ットをブランキングするブランキング回路と、測定した光エネルギーを補間する補間回路と、環状軌道を眼の位置と一致するように変位させるオフセット回路とをさらに含む請求項５５に記載のレーザ手術システム。
【請求項５７】境界を有する眼の角膜を所定の形状にレーザ成形するため
の、統合眼球追跡装置およびレーザ手術システムであって、切開レーザ・エネルギーのビームを生成するレーザと、可視光エネルギーを生成するための光源と、境界の一部分を含む眼の一領域で反射した光エネルギーを受光するように位置
決めされた光検出器と、ビームの経路と眼球追跡装置軸を偏位させるためのレーザ・ビーム偏向モジュ
ールと、光検出器に結合された、境界を覆う組織を自動的に検出し、境界の覆われてい
ない部分からの反射光エネルギーを測定して眼の相対位置を決定する眼球追跡装
置の制御装置と、眼球追跡装置軸の位置およびレーザ治療表の値に従ってレーザ・ビームの経路
を偏位させるレーザ・システム制御装置とを含むシステム。
【請求項５８】光エネルギーを可視光スポットとして眼の上に投射する結
像レンズと、眼の角膜縁の一部分を含む境界を覆う検出された組織の上で投射された可視光
スポットをブランキングするブランキング回路と、測定した光エネルギーを補間する補間回路と、測定領域を眼の位置と一致するように変位させるオフセット回路とをさらに含む請求項５７に記載のレーザ手術システム。