JP2004508869A - ２つのハルトマン−シャック像を同時に記録する波面リフラクタ - Google Patents

Abstract

レンズレット・アレイからの異なる距離に同時に２つのハルトマン−シャック像を記録する、波面リフラクタ装置および方法である。このように記録された２つの像は、各集光スポットが、「悪いスポット」、「ゴースト・スポット」を特定するためにスポットを形成するレンズレットを関係付けられ、かつ発散または収束波面に関するより正確な測定を提供することを可能にする。

Description

【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、目の光学的品質を測定するための方法および装置に関する。詳細には、本発明は、波面測定（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）に基づく目の屈折率誤差を測定する方法および装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
良く知られているように、リフラクタ（ｒｅｆｒａｃｔｏｒ）は、目の屈折誤差を測定するために用いられる光学装置である。特に、波面リフラクタは、波面測定に基づくリフラクタであり、さらに良く知られているように、ハルトマン−シャック（Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ）波面センサは、そのような波面リフラクタを構成するために用いることができる。
【０００３】
図２は、従来技術の波面リフラクタ２００のブロック図を示す。図２に示されるように、波面リフラクタ２００は、プローブ・ビーム・アセンブリ１０、偏光ビームスプリッタ２０、リレー光アセンブリ４０、およびハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０’を備える。図２に示されるように、プローブ・ビーム・アセンブリ１０は、放射ビーム１１を出力する放射源（図示せず）を備え、放射ビーム１１（ターニング反射器１２によって方向が変えられた後）は、偏光ビームスプリッタ２０に入力として加えられる。放射ビーム１１は、一般に、例えば赤外または近赤外放射など患者によって感知されない放射を含む。放射ビーム１１の源は、超輝度ダイオードまたはレーザなどである。変更ビームスプリッタ２０から出力される放射ビームは、網膜３１上に照明スポット３２を形成するために、目３０を照射するように向けられる。
【０００４】
図２に示されるように、照明スポット３２から散乱された放射は、目の光学要素（目の水晶体３４および角膜３５を含む）を通過し、出射ビーム３３として出る。出射ビーム３３の波面は、目の光学要素の光学的品質に直接関する収差情報を持っている。例えば、収差誤差のない完全な正常な目に関しては、出射ビーム３３の波面は平坦な平面である。近視または遠視の目では、出射ビーム３３の波面は球状の表面を有する。高次の収差を有する目に関しては、出射ビーム３３の波面は不規則に歪んでいる。
【０００５】
図２に示されるように、リレー光アセンブリ４０は、共役面Ｐ’に配置されたハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０’へ、目３０の射出瞳面Ｐからの出射ビーム３３の波面をリレーする。さらに図２に示されるように、従来技術の波面リフラクタ２００のハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０’は、レンズレット・アレイ５１およびＣＣＤカメラ５３を備える。ハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０’に用いられる原理および設計パラメータは、当該技術において良く知られている。従来技術の設計によれば、ＣＣＤカメラ５３は、レンズレット・アレイ５１のレンズレット要素の焦点面に配置され、従来技術のハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０’は、出射ビーム３３の波面をレンズレット・アレイ５１でレンズレットの開口に分割して、出射ビーム３３の波面を検出する。各レンズレットは、ＣＣＤカメラ５３上の集光スポット５２などの集光スポットを形成する。良く知られているように、集光スポットのパターンは測定されるビームの波面の特徴を保っている。
【０００６】
この従来技術の設計によれば、ＣＣＤカメラ５３からの出力は、例えばパソコンなどのアナライザ６０に入力として供給される。その後、アナライザ６０は、当業者には良く知られている多くの方法のいずれか１つにより、各集光スポットのセントロイドのｘ、ｙ、ｚ位置を決定する。次に、アナライザ６０は、レンズレット・アレイ５０の各要素を通過するビーム部分のスロープを決定するために、セントロイドの座標を用いて各ビーム・セグメントのスロープを決定する。次に、アナライザ６０は、平面Ｐ’でのビーム３３の波面を再構成するために、ビーム・セグメントのスロープを用いる当業者に良く知られている多くの方法の１つを用いる。例えば、そのような実施形態の１つにおいて、アナライザ６０は、参照によって本明細書に組み込まれる、Ｊ．Ｌｉａｎｇらによる、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．７、１９９４年７月、１９４９〜１９５７頁の名称「Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ　ｅｙｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ａ　Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ　ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ　ｓｅｎｓｏｒ（ハルトマン−シャック波面センサを用いる人間の目の波収差の客観的測定）」の論文、およびＪ．Ｌｉａｎｇらによる、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ、Ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．１１、１９９７年１１月、２８７３〜２８８３頁の名称「Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｒｅｔｉｎａｌ　ｉｍａｇｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｈｕｍａｎ　ｅｙｅ（正常な人間の目の収差および網膜像品質）」の論文の教示により、面Ｐ’でビーム３３の波面を再構成するために、一組のＺｅｒｎｉｋｅ多項式にビーム・セグメントのスロープを適合する。出射ビーム３３の波面は、それから、リレー光アセンブリ４０によって決定されるスケール・ファクタを介して面Ｐで再構成される。ハルトマン−シャック波面センサ、および波面再構成の概説を米国特許第５７７７７１９号に見出すことができる。最終的に、目の屈折誤差は、再構成された波面を用いる当業者に良く知られている多くの方法のいずれか１つによって、アナライザ６０によって計算される。例えば、そのような方法の１つは、参照によって本明細書に組み込まれる（Ｌｉａｎｇの論文と同様に）、波面の歪みが収差の推定値として考えられる「Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ（波面解析を用いる光学システムの客観的測定および補正）」という名称の、Ｆｒｅｙらの１９９９年６月３日に公開されたＷＯ９９／２７３３４に開示されている。アナライザ６０で用いられるアルゴリズム、例えばコンピュータ・アルゴリズムは、例えばマサチューセッツ州のＡｄａｐｔｉｖｅ　Ｏｐｔｉｃｓ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ　ｏｆ　Ｃａｍｂｒｉｄｇｅから入手できる。
【０００７】
従来技術の波面リフラクタ２００によって提供される目の光学要素の屈折誤差の包括的な測定は高次の収差を含む。屈折誤差のそのような包括的な測定は、目の屈折誤差を修正するためのレーザ手術を案内するために用いることができる。波面リフラクタが、従来の自動リフラクタよりも正確な目の屈折誤差の測定を提供できることが好ましい。したがって、波面リフラクタは、最終的に、眼鏡およびコンタクト・レンズに関する処方箋を提供するために用いることができる。
【０００８】
しかしながら、ハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ２００を含む、従来技術の波面リフラクタ２００を用いると、いくつかの問題が発生する。第１の問題は人間の目の屈折誤差は相当なものとなることがあり、その結果、波面歪みが著しくなるために生じる。正常な目によって作られる平面の波面の場合には、集光スポット５２は、レンズレット・アレイ５１上のグリッド・パターンと同じＣＣＤカメラ５３のグリッド・パターンを形成する。しかしながら、波面歪みが著しい場合には、集光スポット５２のグリッド・パターンは、ひどく歪む可能性がある。これは、各集光スポットに、集光スポットを形成するために用いられる特定のレンズレットと関連付けるためのアルゴリズム（集光スポットのグリッド・パターンを解析するために用いられる）を必要とする。
【０００９】
集光スポットのグリッド・パターンの歪みが、目の屈折誤差以外の源から発生することがあるために、第２の問題が発生する。特に、出射ビームの強度分布は、例えば、網膜からのプローブ・ビームの散乱特性を含む多くの作用のために、射出瞳を横切って著しく変化する可能性がある。そのような場合において、いくつかの集光スポット（本明細書で「悪い」スポットと呼ばれる）は、それらの主光線からセントロイドがシフトされることがある。そのようなシフトがレンズレットを横切る強度分布が大きなスロープを有するときはいつでも発生する。これは、これらのシフトされたまたは「悪い」スポットを排除するために、アルゴリズム（集光スポットのグリッド・パターンを解析するために用いられる）を必要とする。
【００１０】
望ましくないトレース・ビーム、すなわち例えば光学素子および／または目から反射されたビームが、常に取り除かれることができないために、第３の問題が発生する。そのような場合、「ゴースト」集光スポットが、集光スポットのグリッド・パターンに現れることがある。これは、これらのゴースト・スポットを識別するために、アルゴリズム（集光スポットのグリッド・パターンを解析するために用いられる）を必要とする。
【００１１】
米国特許第５６２９７６５号（’７５６特許）は、長手方向にＣＣＤカメラを動かし、かついくつかの異なる位置で像を記録するスポット・マッチング技術を開示する。それから、像が解析され、各集光スポットの変位がレンズレットに向かってトレースされる。各集光スポットをレンズレットに対してマッチングさせることによって、テスト・ビームの平均スロープを決定することができ、各レンズレットの開口がＣＣＤカメラ上で再位置合わせさせられる。この技術は、装置軸に対して大きな全体スロープを有する、テスト・ビームの正確かつ信頼性がある測定を可能にする。しかしながら、目の屈折誤差の測定に対するいかなる上述の問題も解決しない。これに加えて、カメラの動きは、一般に目の動きよりかなり遅い。その結果、可動カメラは、目の屈折誤差を測定するときに発生する問題の実際的な解決方法を提供しない。
【００１２】
（発明の概要）
本発明の実施態様は、従来技術における上述の問題をうまく解決した、目の屈折誤差を測定する方法および装置を提供する。本発明によれば、本発明の実施態様は、（ａ）大きな屈折誤差を有する目の測定、（ｂ）大きな波面歪みを有するテスト・ビームの測定、（ｃ）「悪い」スポットおよび「ゴースト」スポットの排除、および（ｄ）目の動きからフリーである信頼性がある測定を可能にするという利点がある。
【００１３】
特に、本発明の一実施態様は、（ａ）角膜面から共役面に目から出るビームの波面をリレーするように構成されたリレー光学素子、（ｂ）リレーされたビームと交差する共役面に配置されたレンズレット・アレイ、（ｃ）第１の放射と第２の放射に、レンズレット・アレイによって透過された放射を分離するために、レンズレット・アレイの後に配置されたビームスプリッタ、（ｄ）レンズレットの焦点距離より短いレンズレット・アレイからの距離に、第１の放射を受けるために配置された第１のカメラ、および（ｅ）レンズレットの焦点距離より長いレンズレット・アレイからの距離に、第２の放射を受けるために配置された第２のカメラを備える波面リフラクタである。
【００１４】
（詳細な説明）
図１は、本発明の一実施形態によって製造された波面リフラクタ１００のブロック図を示す。図１に示されるように、波面リフラクタ１００は、プローブ・ビーム・アセンブリ１０、偏光ビームスプリッタ２０、リレー光アセンブリ４０、およびハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０を備える。
【００１５】
図１に示されるように、プローブ・ビーム・アセンブリ１０は、放射のビーム１１を出力する放射源（図示せず）を備え、放射のビーム１１（反射器１２の方向を変えることによって方向が変えられた後）は、偏光ビームスプリッタ２０に入力として加えられる。放射のビーム１１は、一般に、例としてかつ限定することなく、赤外および近赤外放射など患者に感知されない放射を備える。その高輝度および短いコヒーレント長のため、放射源を製造するために超輝度ダイオードを用いることが望ましい。超輝度ダイオードの望ましい波長は、近赤外スペクトル範囲にある。しかしながら、他の放射源は、例としてかつ限定することなく、レーザまたは発光ダイオードなどを用いることができる。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ２０から出力された放射ビームは、網膜３１上に照明スポット３２を形成するために、目３０に当るように向けられる直線偏光された放射であり（偏光ビームスプリッタ２０は、当業者により良く知られている多くの方法によって製造できる）。一般に、照明スポット３２は、約数百ミクロンのスポット・サイズを有する。
【００１７】
図１に示されるように、照明スポット３２から散乱される放射は、目の光学要素（目の水晶体３４および角膜３５を含む）を通過し、出射ビーム３３として出る。出射ビーム３３の波面は、目の光学要素の光学的品質に直接関連する収差情報を持っている。例えば、収差誤差なしに完全な正常な目に関して、出射ビーム３３の波面は平坦な面である。しかしながら、近視または遠視の目に関しては、出射ビーム３３の波面は球状の表面を有する。高次の収差を有する目に関しては、出射ビーム３３の波面は不規則に歪んでいる。本発明の波面リフラクタ１００は、目の光学要素の全体の屈折誤差を決定するために、出射ビーム３３の波面プロファイルを測定する。
【００１８】
偏光ビームスプリッタ２０は、偏光が無くなった出射ビーム３３の一部だけを通す（すなわち、偏光ビームスプリッタ２０は、特に目の水晶体３４、角膜３５、および網膜３１からの反射を排除する）。図１に示されるように、リレー光アセンブリ４０は、レンズ・システム４１およびレンズ・システム４２を備える（レンズ・システム４１およびレンズ・システム４２は、単一のレンズとしてそれぞれ示されているが、当業者は、各レンズ・システム４１および４２が、１つまたは複数のレンズから構成されることができることを容易に理解するであろう。）。リレー光アセンブリ４０は、目３０の瞳孔面Ｐからの出射ビーム３３の波面を共役面Ｐ’にリレーする。好ましくは、リレー光アセンブリ４０は、共焦構成で配置されたレンズ・システム４１および４２を有する。
【００１９】
さらに図１に示されるように、ハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０は、レンズレット・アレイ５１、ビームスプリッタ５４、第１のＣＣＤカメラ５５、および第２のＣＣＤカメラ５８を備える。レンズレット・アレイ５１は、１ｍｍの大きさ程度の開口、および１０ｍｍの大きさの程度の焦点距離を有することが望ましい。そのようなレンズレット・アレイ５１は、例えば、マサチューセッツのＡｄａｐｔｉｖｅ　Ｏｐｔｉｃｓ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ　ｏｆ　Ｃａｍｂｒｉｄｇｅから入手できる。
【００２０】
本発明のこの実施形態によれば、２つのＣＣＤカメラ５５および５８は、両方とも近赤外スペクトル範囲において感受性があり、同時に２組の集光スポット・パターンを記録することができる。本発明のこの実施形態によれば、ビームスプリッタ５４は、ほぼ２０ｍｍ平方の面積寸法を有する。さらにそのような実施形態において、ビームスプリッタ５４は、非偏光ビームスプリッタである。本発明のこの実施形態によれば、ＣＣＤカメラ５５および５８は、アナライザ７５からの信号に応答して像を記録する。さらに、アナライザ７５は、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つに応じて、波面リフラクタ１００の動作を同期するために、プローブ１０に信号を送ることができる。
【００２１】
ビームスプリッタ５４の動作に応じて、第１のＣＣＤカメラ５５によって記録された各集光スポット５９は、第２のＣＣＤカメラ５８によって記録されたスポット５９’と対にされている。本発明のこの実施形態によれば、ＣＣＤカメラ５５および５８は、レンズレット・アレイ５１から異なる距離に配置される。その結果、集光スポット５９のグリッド・パターンと、集光スポット５９’のグリッド・パターンとは異なる。そのような実施形態において、レンズレット・アレイ５１からのＣＣＤカメラ５５および５８の距離間の差は、ほぼレンズレットの焦点距離の一部である。
【００２２】
図３は、図１に示される光学構成と同等の光学構成によって、対にされた集光スポットがどのように記録されるかを示すブロック図を示す。破線は、レンズレット・アレイ５１に対するＣＣＤカメラ５５の等価な位置を示す。図３において、Ｆは、レンズレット・アレイ５１の焦点面を示し、Ｆ１は、第１のＣＣＤカメラ５５のセンサ表面を示し、およびＦ２は、第２のＣＣＤカメラ５８のセンサ表面を示す。本発明のこの実施形態によれば、Ｆ１とＦ２との間の分離は、レンズレット・アレイ５１の焦点距離Ｆのほぼ１０％に設定することができる。さらなる実施形態において、ＣＣＤカメラ５５および５８の少なくとも１つは、レンズレット・アレイ５１に対するこれらの距離間の差を変えるために可動であることができる（一例であり限定されない、アナライザ７５から送られる信号の制御下でＣＣＤカメラを動かすための、当業者に良く知られている多くの方法がある。）。第１のＣＣＤカメラ５５で記録された集光スポット・パターンは、第２のＣＣＤカメラ５８で記録された集光スポット・パターンと同様であり、一方、対にされた集光スポット５９および５９’それぞれの正確な位置は、２つの像において異なることは、当業者には明らかであろう。
【００２３】
図４は、対にされた集光スポットを形成するレンズレットを特定するために対にされた集光スポットの延長ラインをどのように使用するかを示すブロック図を示す。本発明のこの実施形態によれば、集光スポット・パターンが、第１のＣＣＤカメラ５５および第２のＣＣＤカメラ５８によって記録された後、アナライザ７５におけるアルゴリズムは、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって、各集光スポットのセントロイドを決定する。アナライザ１５におけるさらなるアルゴリズムは、それぞれＣＣＤカメラ５５および５８に記録されたグリッド・パターンから集光スポット６２および６２’を対にして、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって、スポットを通過する直線ライン（延長ライン６１）を形成する。集光スポット・パターンの２つのセットは互いに類似しているので、対にされた集光スポットは、２つの集光スポット・パターンにおける類似する相対位置を有し、２つのスポット・パターンが重ねられたとき、一般に互いに最も近接するスポットである。アナライザ１５は、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つを用いて、集光スポットを対にするのにこの事実を用いる。アナライザ１５は、次いで、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって、延長ライン６１とレンズレット・アレイ５１との交点を決定し、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって、交点とレンズレットのセントロイドとの間の距離を決定する。レンズレット・アレイにおけるレンズレットの中心は、予め決定されるか、またはアナライザ１５に入った計算手順によって決定される。
【００２４】
集光スポット６２および６２’が、例えばレンズレット６３を均一に横切るビームによって形成されるなら、延長ライン６１（対にされた集光スポット６２および６２’から形成された）は、レンズレット６３の中心を通過しなければならない。本発明の一実施形態によれば、許容誤差を、アナライザ１５の解析ルーチンに事前に設定しておくことができる（または、アナライザ１５からの入力に関する要求に応答してユーザによって入力される）。次いで、集光スポット６２および６２’は、延長ライン６１が、関連付けられるレンズレット６３からの事前設定された許容誤差より小さく逸脱するなら、良好なスポットとして特定され、アナライザ１５の解析ルーチン内でレンズレット６３に関連付けられる。本発明のこの実施形態によれば、この関連付けは、記録された集光スポット・パターンが著しく歪みを有する場合でさえ、信頼性良く達成されることができることが有利である。
【００２５】
図５は、対にされた集光スポット７２および７２’から形成された延長ライン７１が、集光スポット７２および７２’が「悪い」ことを特定するためにどのように用いられるかを示すブロック図である。レンズレット７３を横切る分散強度が著しく変化するときは、各集光スポット７２または７２’のセントロイドは、レンズレット７３の中心、およびレンズレット７３の入射ビームの集束点を通過する主光線の上に載らない。そのような場合、対にされた集光スポット７２および７２’から形成される延長ライン７１は、関連付けられるレンズレット７３の中心から逸脱する。本発明の一実施形態によれば、許容誤差を、アナライザ１５の解析ルーチンに事前に設定しておくことができ（または、アナライザ１５からの入力に関する要求に応答してユーザによって入力される）、逸脱が事前設定された許容誤差より大きいなら、集光スポット７２および７２’は、「悪い」スポットとして特定されることができる。
【００２６】
図６は、対にされた集光スポット８４および８４’から形成される延長ライン８２と対にされた集光スポット８５および８５’から形成される延長ライン８１とが、「ゴースト」スポット、すなわち望ましくないトレース・ビームによって作られたスポットを特定するためにどのように用いられるかを示すブロック図を示す。例えば、光学機器または対象の目からの反射のために生じる望ましくないビームが、ハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０に入ると、望ましくないビームは、ゴースト・スポットを形成する。そのような場合、２つの延長ライン８１および８２は、単一のレンズレット８３と関連付けられる。その１つの延長ラインは、良好な集光スポットの対から形成され、他の延長ラインは、ゴースト・スポットの対から形成される。集光スポット８４および８４’などのゴースト・スポットは、さらなる処理でコンピュータ・アルゴリズムによって排除されるべきである。「良好な」スポットと「ゴースト」スポットとの間で、「ゴースト」スポットは、輝度および／または位置に関して、「良好な」スポットより通常の集光スポット・パターンからさらに逸脱することが予想される。この逸脱（例えば、限定されることなく、輝度および／または位置に関して）は、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つにより計算することができる。スポットの１つの逸脱が、輝度および／または位置において事前決定された量を超えるとき、それを、「ゴースト」スポットであるとして排除することができる。しかしながら、２つの基準が用いられている場合に、スポットが、１つの基準を超えるが他の基準を超えない、または両方のスポットが、１つまたは複数の基準を超える、不明瞭な場合が存在することがある。そのような場合に、悪いデータ点を用いるよりは、「良好な」スポットおよび「ゴースト」スポットの両方を用いない方が良い。
【００２７】
図７は、ＣＣＤカメラ５８よりレンズレット・アレイ５１に近いＣＣＤカメラ５５によって撮られたハルトマン−シャック像が、収束波面のより良い測定を得るために用いることができることを例示するブロック図を示す。図１の出射ビーム３３が、近視の目からのものであるときは、出射ビーム３３は収束波面を有する。そのような場合、収束波面の集束点は、レンズレット・アレイ５１の焦点面Ｆの前に位置する。したがって、第１のＣＣＤカメラ５５から得られたハルトマン−シャック像は、第２のＣＣＤカメラ５８から得られたハルトマン−シャック像よりシャープな集光スポット像を有する。したがって、第１のＣＣＤカメラ５５から得られたハルトマン−シャック像に基づく波面測定は、第２のＣＣＤカメラ５８から得られたハルトマン−シャック像に基づく波面測定よりより正確である。したがって、一実施形態において、アナライザ１５は、波面が収束であるかどうかを決定する。波面が収束であるなら、第１のＣＣＤカメラ５５から得られた波面測定結果は、さらなる解析に用いられることができる。アナライザ１５は、波面が、例えば目が近視であることを示す、受信ユーザ入力によって収束されるかどうかを（当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって）決定することができる。さらに、アナライザ１５は、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって、ハルトマン−シャック像における集光スポットの全体領域を決定し、それを平坦な波面に対して予測される所定の領域と比較する（ハルトマン−シャック像の全体領域は、平坦な波面に対する全体領域より収束する波面に対して小さい）。
【００２８】
図８は、ＣＣＤカメラ５５よりレンズレット・アレイから離れたＣＣＤカメラ５８によって撮られたハルトマン−シャック像が、発散波面のより良い測定を得るために用いられることを例示するブロック図を示す。図１の出射ビーム３３が、遠視の目からのものであるときはいつでも、出射ビーム３３は発散波面を有する。そのような場合、発散波面の集束点は、レンズレット・アレイ５１の焦点面Ｆの後面に位置する。したがって、第２のＣＣＤカメラ５８から得られたハルトマン−シャック像は、第１のＣＣＤカメラ５５から得られたハルトマン−シャック像よりシャープな集光スポット像を有する。したがって、第２のＣＣＤカメラ５８から得られたハルトマン−シャック像に基づく波面測定は、第１のＣＣＤカメラ５５から得られたハルトマン−シャック像に基づく波面測定よりより正確である。したがって、一実施形態において、アナライザ１５は波面が発散するかどうかを判定できる。波面が発散する場合、第２のＣＣＤカメラ５８から得られた波面測定結果が、さらなる解析に用いられることができる。アナライザ１５は、波面が、例えば目が遠視であることを示す、受信ユーザ入力によって発散されるかどうかを（当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって）決定することができる。さらに、アナライザ１５は、当業者に良く知られている多くの方法の任意の１つによって、ハルトマン−シャック像における集光スポットの全体領域を決定し、それを平坦な波面に関して予測される所定の領域と比較する（ハルトマン−シャック像の全体領域は、平坦な波面に関する全体領域より発散する波面に対して大きい）。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、ＣＣＤカメラ５５および５８の相対位置を、上述したいずれかの場合に対してより鮮明な像を得るために変えることができる。
【００３０】
図１に示される実施形態を用いるある進歩的な技術によれば、比較的小さい歪みを有する波面に関して（すなわち、波面が、収束スポットが混乱なくそれらのレンズレットと関連付けられることができる平坦であるのに十分近い場合として規定される）、ＣＣＤカメラ５５および５８によって得られた像は、集光スポット位置に関してほぼ同じであり、どちらの像も、従来のハルトマン−シャック像を解析するために使用されるのと同じ方法でビームの波面を再構成するために用いることができる（本発明の背景を参照のこと）。２つの像に関する再構成の結果を平均することは、最終結果の精度を改善するが、そうすることは必ずしも必要ではない。図１に示される実施形態を用いるある進歩的な教示によれば、比較的に大きな歪みを有する波面に関して（すなわち、波面が、レンズレットとの集光スポットの関連付けにおいてより不確実性を導入するように平坦であることから十分に遠い場合として規定される）、ＣＣＤカメラ５５および５８によって得られた像は、集光スポット位置に関して異なる。この進歩的な技術によれば、集光スポットは、（ａ）上記に詳細に記載されたような「良好なスポット」（解析スポットとも呼ばれる良好なスポットは、さらなる処理に用いられることができる。）、（ｂ）上記に詳細に記載されたような「悪いスポット」（排除スポットとも呼ばれる悪いスポットは、さらなる処理から取り除くことができる。）、（ｃ）上記に詳細に記載されたような「ゴースト・スポット」（排除スポットとも呼ばれるゴースト・スポットは、さらなる処理から取り除かれることができる。）として識別される。それから、良好なスポットを用いて、どちらかの像が、従来のハルトマン−シャック像を解析するために使用されるのと同じ方法でビームの波面を再構成するために用いられることができる。２つの像に関する再構成の結果を平均することは、最終結果の精度を改善できるが、そうすることは必ずしも必要ではない。
【００３１】
目の屈折率誤差測定に用いるために、波面リフラクタは、約−１５ジオプトリー収束から約＋１５ジオプトリー発散までの範囲で波面を測定することが予想される。図１に示される実施形態（第１のＣＣＤカメラ５５および第２のＣＣＤカメラ５８を備える）は、図２に示される従来技術の構成より、そのような大きなダイナミック・レンジにわたってより正確な測定を得るために役立つことが有利である。さらに、目の動きは、１秒の数分の１に目の測定のデータ獲得時間を制限するため、２つのハルトマン−シャック像を同時に記録する本発明の実施形態は、迅速かつ正確な測定を得ることを可能にする。
【００３２】
正確な位置合わせおよび較正は、図１に示される波面リフラクタを用いる正確な測定を得るために重大であるため、第１のＣＣＤカメラ５５と第２のＣＣＤカメラ５８との間の位置あわせの機械的安定性が重要である。この理由のため、図１に示されるハルトマン−シャック・センサ・アセンブリ５０を製造するためにはモジューラ・パッケージが望ましい。
【００３３】
当業者は、前述の記載が、例示および説明だけの目的で示されていることは理解されよう。そのように、完全なものではなく、かつ開示された正確な形態に本発明を限定するものではない。例えば、本発明の実施形態は、ＣＣＤカメラを使用するものとして記載されたが、本発明は、ＣＣＤカメラの使用に限定されず、他のタイプの記録装置、またはプローブ・ビームを提供するために用いられる放射に感度のあるカメラを使用する実施形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態により製造された波面リフラクタのブロック図である。
【図２】
従来技術の波面リフラクタのブロック図である。
【図３】
いかに、対にされた集光スポットが、図１に示される光学構成と同等の光学構成において記録されるかを示すブロック図である。
【図４】
いかに、対にされた集光スポットの延長ラインが、対にされた集光スポットを形成するレンズレットを特定するために使用できるかを示すブロック図である。
【図５】
対にされた集光スポットの延長ラインが、「悪い」集光スポットを特定するために用いることができることを示すブロック図である。
【図６】
対にされた集光スポットの延長ラインが、「ゴースト」スポット、すなわち望ましくないトレース・ビームによって作られたスポットを特定するために用いることができることを示すブロック図である。
【図７】
第２のＣＣＤカメラよりもレンズレット・アレイに近い１つのＣＣＤカメラによって撮られたハルトマン−シャック像が、集束する波面のより良い測定を得るために用いることができることを示すブロック図である。
【図８】
第１のＣＣＤカメラよりもレンズレット・アレイに遠い第２のＣＣＤカメラによって撮られたハルトマン−シャック像が、集束する波面のより良い測定を得るために用いることができることを示すブロック図である。

Claims (16)

1. 目から出るビームの波面を、角膜面から共役面にリレーするように構成されたリレー光学素子と、
   リレーされたビームと交差する前記共役面に配置されたレンズレット・アレイと、
   前記レンズレット・アレイを透過した放射を第１の放射と第２の放射に分離するために、前記レンズレット・アレイの後に配置されたビームスプリッタと、
   レンズレットの焦点距離より短い前記レンズレット・アレイからの距離に、前記第１の放射を受けるために配置された第１のカメラと、
   レンズレットの焦点距離より長い前記レンズレット・アレイからの距離に、前記第２の放射を受けるために配置された第２のカメラと
   を備える波面リフラクタ。
2. 前記リレー光学素子が、共焦構成に配置された一対のレンズを備える請求項１に記載の波面リフラクタ。
3. 出射ビームを形成し、目の網膜に入射しかつ散乱されるように導かれる放射源をさらに備える請求項１に記載の波面リフラクタ。
4. 前記ビームが、近赤外スペクトル範囲の波長を有する請求項１に記載の波面リフラクタ。
5. 前記レンズレット・アレイが、１ｍｍ程度の開口を有する請求項１に記載の波面リフラクタ。
6. 前記レンズレット・アレイが、複数のレンズレット素子を有し、各レンズレット素子が、１０ｍｍ程度の焦点距離を有する請求項１に記載の波面リフラクタ。
7. 前記ビームスプリッタが、約２０ｍｍ平方の寸法を有する広帯域ビームスプリッタである請求項１に記載の波面リフラクタ。
8. 第１のおよび第２のカメラが、近赤外スペクトル範囲に感受性であるＣＣＤカメラである請求項１に記載の波面リフラクタ。
9. 目の屈折率誤差を測定する方法であって、
   前記目の角膜にプローブ・ビームからの放射で照射するステップと、
   網膜面から共役面に、前記目から出るビームをリレーするステップとを含み、
   レンズレット・アレイが、前記リレーされたビームと交差する前記共役面に配置され、ビームスプリッタが、前記レンズレット・アレイによって透過された放射を第１の放射と第２の放射に分離するために、前記レンズレット・アレイの後に配置され、第１のカメラが、レンズレットの焦点距離より短い前記レンズレット・アレイからの距離で前記第１の放射を受けるために配置され、第２のカメラが、前記レンズレットの焦点距離より長い前記レンズレット・アレイからの距離で前記第２の放射を受けるために配置され、
   さらに、同時に第１のカメラ像および第２のカメラ像を記録するステップを含む方法。
10. 対にされた集光スポットを特定するために、前記第１のカメラ像および第２のカメラ像を解析するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
11. 解析スポットを決定するために、前記対にされた集光スポットを解析するステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
12. 排除スポットを決定するために、前記対にされた集光スポットを解析するステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記排除スポットを取り除いた後に、前記第１のカメラ像および前記第２のカメラ像の少なくとも１つに関して、前記解析スポットを解析するステップをさらに含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のカメラ像および前記第２のカメラ像の解析から得られた結果を平均するステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記対にされた集光スポットを解析するステップが、前記スポットを通過する直線を形成するステップと、前記レンズレット・アレイとの交点を決定するステップとを含む請求項１１に記載の方法。
16. レンズレットの中心と前記交点との間の距離を決定するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。

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