JP2007527526A - レンズメータ及び波面センサ及び収差測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば眼鏡レンズ及び眼における位相収差を検出するために使用可能な波面測定装置及び方法。
【解決手段】 眼鏡レンズ又は眼からの戻りビームの経路に変調パターンを配置し、及び変調パターンに対して、画像回折パターンを自己結像面に検出器によって結像する。回折パターンを分析し、その結果を用いて、測定されるべきレンズ又は眼における収差を表す波面位相特性の表現を生成する。
【選択図】 図１０

Description

関連出願

本出願は、米国仮特許出願第６０／５２０，２９４号、表題「眼科診断装置（Ophthalmic Diagnostic Instrument）」（米国代理人整理番号ＯＰＨ．０２４ＰＲ）、出願日２００３年１１月１４日、米国仮特許出願第６０／５８１，１２７号、表題「レンズメータ及び波面センサ及び収差測定方法（Lensometers and Wavefront Sensors and Methods of Measuring Aberration）」、出願日２００４年６月１８日（米国代理人整理番号ＯＰＨ．０２６ＰＲ）、米国特許出願第 号（米国代理人整理番号ＯＰＨ．０２６Ａ）、表題「レンズメータ及び波面センサ及び収差測定方法（Lensometers and Wavefront Sensors and Methods of Measuring Aberration）」、出願日２００４年１０月２２日、及び米国特許出願第 号（米国代理人整理番号ＯＰＨ．０２４Ａ）、表題「眼科診断装置（Ophthalmic Diagnostic Instrument）」、出願日２００４年１０月２２日に基づく優先権の利益を主張する。なお、これら出願の内容は引用を以って本書に繰り込み、ここに記載されているものとする。

本発明は、一般に、自己（結）像（自己像生成：self-imaging）型レンズメータ及び波面センサのような波面を測定するためのシステム及び方法、及び矯正眼鏡レンズのようなレンズの収差及び眼の収差を測定するための方法に関する。

従来のレンズメータは、眼鏡レンズの度数及び非点収差ないし乱視（球面及び円柱）を求めるために使用される装置を含む。とりわけ、従来のレンズメータは、球面倍率及び円柱倍率並びに軸の測定に使用可能な（１つの）レチクル及び（複数の）中和（neutralizing）レンズを含む軸対称（centered）望遠光学系を含む。度数ドラムと称されるダイヤルが、レチクル内のライン（複数）が検者に対し直線的かつ合焦状態（ピントがあった状態）で現れるようテスト矯正（補正）を導入するために、軸ダイヤルと一緒に使用される。より最近のレンズメータシステムは、自動化されているが、これらの装置は、依然として、可動レンズを用した球面及び円柱の中和の原理に依拠している。

このような従来のシステム及び技術は、球面及び円柱を測定するレンズに対しては適切に機能する。眼鏡レンズの球面及び円柱の測定により、検眼士及び眼科医は、おそらくは同様に乱視でもある近視又は遠視患者に対して共役（複合）的（conjugate）矯正を提供することができる。しかしながら、この球面及び円柱測定に基づいて提供される矯正光学系は、人の視覚（視力）を矯正するのに適しないことが多い。それゆえ、患者の屈折力を測定するための及び適切な視覚（視力）矯正を提供するための改善されたシステム及び方法が必要とされている。

本発明の一実施形態（第１の視点）により、矯正レンズの少なくとも一部にわたり該矯正レンズの波面成形（waveshaping）特性を測定するためのレンズメータが提供される。このレンズメータは、光を放射する光源と、ビーム調整（beam-tailoring）光学系と、タルボ面（Talbot plane）自己（結）像（自己像生成：self-imaging）波面センサとを有する。ビーム調整光学系は、光源から光を受光し、測定されるべき矯正レンズの前記部分と少なくとも同じ大きさのビームサイズを有する光ビームを出力する。光源、ビーム調整光学系、及び矯正レンズは、光ビームが矯正レンズを貫通して伝播するよう、１つの光路に沿って配置される。タルボ面自己（結）像波面センサは、前記光ビームが矯正レンズを貫通通過した後、該光ビームを受け取るよう前記光路に配置される。タルボ面自己（結）像波面センサは、矯正レンズの波面成形特性を求めるために使用可能に構成される。

本発明の別の一実施形態（第２の視点）により、矯正レンズの少なくとも一部にわたり該矯正レンズの波面成形特性を測定する方法が提供される。この方法においては、ビームは矯正レンズを貫通して伝播する。矯正レンズを貫通通過したビームは、少なくとも１つの２次元の変調パターンを貫通して伝播し、これによりタルボ面に近視野（ニアフィールド）回折パターンを生成する。近視野回折パターンは、タルボ面に結像され、矯正レンズの波面成形特性の測定（結果）は、少なくとも部分的に近視野回折パターンに基づいて求められる。

本発明の別の一実施形態（第３の視点）により、矯正レンズと眼を含む群から選択される被検対象の屈折特性を測定するためのレンズメータ／眼球検査組合せ型測定システムが提供される。この測定システムは、光源と、ビーム調整光学系と、支持構造体と、波面センサを含む。光源は、光ビームを第１光路に沿って被検対象に放射する。ビーム調整光学系は、該被検対象が矯正レンズを含むか又は眼を含むかに基づいて、ビームの１又は２以上の特性を変化する。支持構造体は、測定のために、被検対象をビームにおいて位置調整し、波面センサは、被検対象から光を受光し、該被検対象から受け取った光学的波面を測定するように配置される。

本発明の別の一実施形態（第４の視点）により、波面の波面成形特性を測定する方法が提供される。この方法では、波面は、少なくとも１つの２次元変調パターンを貫通して伝播し、これにより２次元変調パターンの自己像面（self-image plane）に自己像（self-image）を生成する。該自己像面の（１つの）画像が生成される。該自己像面の該画像の部分（複数）からの寄与（複数）が、該画像の該部分（複数）の（１つの）特性と、（１つの）閾値との対比に基づいて低減され、波面の測定（結果）は、少なくとも部分的に該自己像面の該画像に基づいて求められる。

種々の好ましい実施形態の詳細については、それらの構造及び作動態様に関し、添付図面を参照することにより最良に理解することができる。なお、各図面においては、同等の構造要素には同じ参照符号が付されている。

図１は、被検レンズ１２の屈折特性又は波面成形（波形ないしウェーブ成形：waveshaping）特性を測定するための光学システムであるレンズメータ１０を示す。レンズメータ１０は、レーザダイオードのような光源１４を含む。レーザダイオード光源１４は、好ましくは、凡そ５５０ナノメートル（ｎｍ）の波長の光を出力（放射）するが、被検レンズ１２を照明するために赤外線波長を含むその他の波長を使用することも可能である。更に、レーザは、好ましくは、光のビーム（光ビーム）を出力する。光は、実質的にコリメートされること、例えば、好ましくは凡そ３０アーク（arc）秒未満にコリメートされること、が好ましい。その他のタイプのレーザ及び光源も、この目的のために使用することができる。多くの好ましい実施例では、光源は、セミコヒーレントである。

レンズメータ１０は、更に、ビーム調整（beam tailoring）光学系、例えば、図１の実施例のビーム拡開・コリメート光学系１６を含む。ビーム拡開・コリメート光学系１６は、光源１４から放射される光を集光しかつ実質的に平面状の波面２０を有するビーム１８を生成するよう構成さる１又は２以上のレンズ又はその他の光学要素を含むことができる。レーザから出力されるビームが実質的に既にコリメートされている場合、該ビームのサイズ（径）を拡大し、新たなより大きなコリメートビームを生成するアフォーカル系を使用することも可能である。幾つかの実施例では、ビーム拡開光学系１６は、更に、レーザダイオードから出力された光を発散するための、例えばピンホールアパーチャ又は空間フィルタ、レンズ、又はその他の光学要素のような要素（素子）を含むことができる。他の場合においては、光源１４は、十分な発散ビームを生成することができる。例えば、多くのレーザダイオードは、本質的には、発散ビームを有する。この発散ビームをコリメートするために、ビーム拡開・コリメート光学系１６は、光源１４から出力された光が当該ビーム拡開光学系１６によって実質的にコリメートされるように、焦点距離及び光源１４又はピンホールアパーチャに対する位置を有することができる。図１には、レーザダイオード光源１４から放射された発散ビーム中の波を実質的に平面状の波（平面波）２０に変換するビーム拡開・コリメート光学系１６が示されている。尤も、他の実施例では、被検レンズ１２に入射する波は、平面波である必要はない。例えば、ヌル光学系（null optics）が使用される場合、後述するように、被検レンズ１２に入射する波は、平面状以外であってもよい。同様に、幾つかの実施例では、実質的にコリメートされたビームではないビームを生成するビーム拡開光学系１６を使用してもよい。

図１に示すように、ビーム拡開光学系１６によって生成される波は、好ましくは、測定されるべきレンズ１２と実質的に同じ、場合によってはより大きなサイズ（例えば直径）を有する。従って、所定の好ましい実施例では、ビーム拡開・コリメート光学系１６は、被検レンズ１２の本質的部分にわたる照明を生成するのに十分な大きさのサイズを有する。ビーム１８は、例えば、レンズエリア（面積）の少なくとも凡そ５０％を照明することができる。所定の好ましい実施例では、レンズエリアの７０％、８０％、又は９０％が照明される。幾つかの実施例では、ビーム１８は、眼鏡レンズ又はコンタクトレンズの着用者によって使用される部分を実質的に照明することができる。従って、ビーム１８は、必ずしも、被検レンズ１２と同じ大きさである必要はないが、使用中に、着用者の眼の網膜に像を生成するために集光される光が通過するレンズの部分を検査するために十分な大きさであるのが好ましい。尤も、図１に示されているようなオーバサイズビーム１８を生成することも同様に好ましい。オーバサイズのビーム１８は、被検レンズ１２の位置調整及び種々異なる形状及びサイズのレンズの収容の際の許容範囲を有利に増大することができる。

眼鏡レンズは、幾つかの場合では、幅の範囲を凡そ４５〜６５ｍｍ、高さの範囲を凡そ２５〜４５ｍｍ、又は直径の範囲を６５ｍｍ以下とすることができる。被検レンズ１２が眼鏡レンズを含む場合、ビーム拡開光学系１６によって生成され被検レンズを介して通過するビーム１８は、被検レンズ（の位置）において、凡そ６５〜７５ｍｍであることが好ましい。これに応じて、ビーム拡開・コリメート光学系１６は、適切な大きさの瞳も有することが好ましい。ビーム拡開・コリメート光学系１６のアパーチャサイズ又は射出瞳は、例えば、凡そ６５〜７５ｍｍの直径を有する。アパーチャ又は射出瞳が回転対称ではない実施例では、このサイズは、凡そ４５〜６５ｍｍの幅と凡そ２０〜６５ｍｍの高さによって特徴付けることができる。尤も、これらの範囲以外のサイズを使用することも可能である。

被検ピース１２がレンズブランク（lens blank）を含む場合、より大きなビームが好ましいであろう。このような場合、ビーム拡開・コリメート光学系１６のアパーチャサイズ又は射出瞳は、例えば、凡そ２０〜７５ｍｍの直径を有することができる。被検ピース１２がコンタクトレンズを含む場合、より小さなビームが好ましいであろう。このような場合、ビーム拡開・コリメート光学系１６のアパーチャサイズ又は射出瞳は、例えば、凡そ１０〜１５ｍｍの直径を有することができる。尤も、これらの範囲以外のサイズも可能である。

図１に示すように、光源１４、ビーム拡開／コリメート光学系１６、及び被検ピース１２は、有利には、本書ではｚ軸と称される光軸２２に沿ってアライメントされる。なお、このｚ軸は、該ｚ軸から直交方向に延在するｘ軸及びｙ軸を伴っている。光源１４から出力される光は、ビーム拡開・コリメート光学系１６を貫通する光軸２２に従う光路に沿って伝播する。被検ピース１２は、この光路に挿入される。被検レンズ１２の形状及び屈折特性に依存して、被検レンズを介して伝播する光の波は、図１に示されるように変化され、その際、被検レンズを介して通過する平面波２０は、変形（収差付与された）波（aberrated waves）２４に変換される。

図１に示したレンズメータ１０では、光学系１０は、更に、光軸２２に沿って配置される少なくとも１つのレンズ又は光学要素を有するビーム収縮（縮径）光学系２６を含む。図１のビーム収縮光学系２６は、第１及び第２の光学要素２６ａ、２６ｂを含むアフォーカルビーム収縮（縮径）リレーである。これらの光学要素２６ａ、２６ｂは、それぞれ、独自の焦点距離を有し、かつビームのサイズを縮小するよう互いに対し軸方向に配置される。例えば、第１光学要素２６ａが大きい焦点距離を有し、かつ第２光学要素２６ｂが小さい焦点距離を有することができる。第１光学要素２６ａの後側焦点と第２光学要素２６ｂの前側焦点とを実質的に一致することにより、アフォーカル系を形成することも可能である。ビーム収縮光学系２６は、例えば、各自の焦点距離の比が１０：１である１０：１収縮器（reducer）を含むこともできる。収縮量は個々の実施例に応じより大きく又はより小さくすることができる。例えば、収縮の範囲は、所定の実施例では、凡そ２０：１〜２：１とすることができるが、この特定の範囲に限定されるものと解すべきではない。

ビーム収縮光学系２６は、好ましくは、被検レンズ１２を介して導かれるビーム１８を受容するために十分に大きなサイズを有することが好ましい。被検レンズ１２が、幾つかの例において幅の範囲が凡そ４５〜６５ｍｍ、高さの範囲が凡そ２５〜４５ｍｍ、又は直径の範囲が６５ｍｍ以下であり得る眼鏡レンズである場合、ビーム収縮光学系２６も適切な大きさの瞳を有することが好ましい。ビーム収縮光学系２６のアパーチャサイズ又は入射瞳は、例えば、凡そ６０〜８０ｍｍの直径を有することができる。アパーチャ又は入射瞳が回転対称ではない実施例では、このサイズは、凡そ７０〜９０ｍｍの（横）幅及び凡そ３５〜５５ｍｍの高さによって特徴付けることができる。別の実施例では、これらの範囲以外のサイズも使用することができる。

被検ピース１２がレンズブランクを含む場合、ビーム収縮光学系２６のアパーチャ又は入射瞳は、例えば、凡そ７０〜１００ｍｍの直径を有することができる。被検ピース１２がコンタクトレンズを含む場合、ビーム収縮光学系２６のアパーチャ又は入射瞳は、例えば、凡そ１０〜１５ｍｍの直径を有することができる。なお、これらの範囲以外のサイズも可能である。

所定の実施例では、図１に示されるアフォーカルビーム収縮光学系２６は、非アフォーカル系によって置換することができる。同様に、ビーム収縮光学系２６から出力されるビームは、実質的に（ほぼ）コリメートされたビームである必要はないが、実質的に（ほぼ）コリメートされたビームが好ましい。

レンズメータ１０は、更に、光軸２２に沿って配置されかつ収縮光学系２６からの光を受け取るように位置調整される少なくとも１つの周期的回折要素又は２次元変調パターン化要素２８を含む。この周期的回折要素又は変調パターンないし要素２８は、例えば、チェス盤（市松模様状）パターン又はグリッド状パターンのようなｘ及びｙ方向に周期的特徴を有する微小ピッチ２次元パターンを含むことができる。回折要素２８は、罫線が付された（ruled）２次元回折格子、スクリーン、グリッド、ホログラフィックに形成された透過性又は反射性格子等（但しこれらに限定されない）を含むことができる。別のタイプの要素も可能である。付加的に、この周期的回折要素２８は、異なる方向、例えば直交するｘ及びｙ方向に、実質的に同じ又は異なる周期を有することも可能である。１又は２以上のパターンを使用することも可能である。例えば、異なる方向（複数）に同じ又は異なる周期性を有する２つの格子を重ね合わせて、２つの方向に周期性を有する１つのパターンを生成することも可能である。別の構成も同様に可能である。

周期的回折要素２８は、光学系１０内の、被検ピース１２が再結像（re-imaged）される位置、又はこれに近接する位置に配置されることが好ましい。より詳細には、この位置は、被検レンズ１２の再結像される瞳（の位置）に相当するのが好ましい。尤も、周期的回折要素２８は、パフォーマンスが低下することがあり得るが、これらの位置から所定距離だけ離隔して配置してもよい。

図１に示すように、光ビームは、上記光路に沿ってかつ周期的回折要素２８を介して伝播する。周期的特徴を有する要素２８は、被検レンズ１２を通過した光ビームの波面を変調する。変調された波面は僅かな距離ｄ、例えば数ミリメートルだけ周期的回折要素２８を越えて伝播し、そこで、周期的回折要素の像がタルボ効果の結果として再結像される。タルボ効果に応じ、所定の周期的強度変調パターンが系（例えばレンズ又は眼）の光学的瞳に配されると、変調パターンは、伝播経路に沿って予測可能な軸方向位置（複数）に再出現する。これらの位置は、距離ｄの整数倍だけ回折要素２８から空間的に離れている。これらの予測可能な軸方向位置は、本書において、タルボ面と称する。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳ又はその他の検出器アレー又はカメラ（但しこれらに限定されない）のような光センサ３２は、タルボ又は「自己（結）像（自己像生成：self-imaging）」面（複数）に相当する面（複数）の何れかを、周期的回折要素２８から距離ｎ×ｄ（但しｎは整数）の所に結像することができる。自己（結）像距離“ｄ”は、波面のスペクトル波長と、周期的回折要素パターンの空間周波数とに依存する。幾つかの実施例では、センサアレーのセンサ面は、自己（結）像面の１つに配置される。代替的に、光学系１０は、自己像面を所定距離離隔して配置された検出器に中継するレンズを有するカメラを含むことができる。好ましくは、このセンサは、自己像面又は自己像面から距離ｄの凡そ１％以内の領域を結像（撮像）するように配置される。

周期的回折要素２８が、被検レンズ１２の像が生成される部位に配置されている場合、被検レンズは、周期的回折要素パターンと共に、「自己結像（自己像生成）」される。同様に、検出器３２は、変調パターンを被検レンズ１２と共に記録する。被検レンズ１２が波面収差を含んでいる場合、変調パターンは、周期的変調要素に対してゆがめられる。周期的「キャリヤ（搬送波）」強度パターンのゆがみは、検出器３２によって検出された記録強度値に適用されるコンピュータアルゴリズムによって抽出することができる。

多くの好ましい実施例では、検出器３２からの（１つの）信号が、処理のためのデータプロセッサ（即ちコンピュータ）３４に送信される。信号プロセッサは、この信号から、被検レンズ１２及び周期的回折要素２８を通って伝播した後の波面の位相に関する情報を抽出する。かくして、被検レンズ１２の波面成形（wave-shaping）特性（複数）に関する情報が、該信号から得られる。このような処理を実行するために、プロセッサ３４は、好ましくは、ソフトウェア的に実現されたモジュール３６にアクセスし、波面の位相を表す（１つの）信号を出力デバイス３８に出力する。出力デバイス３８は、モニタ、ディスプレイ、プリンタ、コンピュータ、ネットワーク、又はその他の適切な装置（但し、これらに限定されない）を含むことができる。

本書で説明する多くの技術を使用することによって、被検ピース１２を通過した波面及び波面の収差（複数）の数学的表現を得ることができる。かくして、波面成形特性、例えばレンズ１２の屈折特性及び／又は形状が得られる。同様に、より高次の項を含むレンズ１２の収差（例えば３次及び４次以上の収差）も定量化することができる。

従って、コンタクトレンズ及び眼鏡レンズのような矯正レンズは、より正確に特徴付ける（性質決定する）ことができる。レンズ１２の光学的パラメータは、患者に対して適切な矯正（補正）光学系を提供するために記録又は使用することができる。被検レンズ１２の測定（結果）は、レンズの製造に寄与し、例えば品質管理のために製造プロセスに組み込むことができる。所定の実施例では、例えば、測定（結果）は、レンズの形状付け（成形：shaping）の経過の監視に使用すること、及び測定された波面成形特性に基づいて矯正レンズの成形が行われる反復的測定・微細修正加工（refinement）のプロセスに使用することができる。このプロセスは反復的に行うことができる。このような実施例では、付加的な成形処理、二次加工（fabrication）又はその他の補正は、所望のレンズパラメータを得るための測定（結果）に基づいて実行することができる。同様に、装置及び技術も、製造ステージの間に、レンズブランクに適用することができ、また、レンズブランクの製造に関する指針を提供することができる。

改善された結果を提供するために、図２に示したようなチェス盤（チェッカーボード）パターン（市松模様状パターン）をレンズメータ１０に使用することができる。チェス盤パターンは、周期的回折要素２８の側辺に対し＋４５°及び−４５°の角度で配向されている。好ましくは、パターン２８は、複数の周期的特徴を有する。多くの好ましい実施例では、このパターン２８は、透過性要素である。好ましくは、周期的特徴（複数）は、パターンによって受光された光を変調することにより、変調された強度を有するパターンからの出力を生成する。

パターン２８の周期性は、凡そ２０〜１２０ミクロン（マイクロメートル）のオーダーであり得るが、これらの範囲以外の値も可能である。同様に、チェス盤パターンは、それぞれサイズが凡そ１０〜６０ミクロンである明部及び暗部（例えば透過及び不透明領域、又は反射及び非反射領域）を有することができる。パターン化された光ブロック（遮光）部分（複数）の幅は、好ましくは、パターン化要素の開口部と同じ大きさである。尤も、パターン内の特徴（複数）のサイズ、形状及び配置は異なっていても良い。パターン２８は、例えば、個々の異なった実施例に応じ、多かれ少なかれ複数の特徴を含むことができる。

チェス盤パターンは、図３に示されているような２次元正弦波パターン８４に近似するが、この２次元正弦波パターン８４も使用可能である。図３に示されているグレースケール２次元正弦波光学的変調パターン８４に対する相応の透過関数τ_Ｉ（ｘ，ｙ）は、次式により表される：

ここに、ｘ及びｙは、パターン上における位置を定義する座標であり、Ｐは正弦波状変調の周期に相応する。

正弦波状強度変調要素２８は、正弦波状のタルボ像を生成する。従って、この場合、上記のキャリヤ（搬送波）信号は正弦波状である。波面の収差は、この正弦波状キャリヤ（搬送波）の変調として現れる（顕在化する）。正弦波状キャリヤ（搬送波）を使用することによって、収差情報は、例えばフーリエ変換を介することによって、周期的回折要素２８の回折パターンと波面の高次収差との間の高次干渉によって引き起こされる情報の損失が減少され又は実質的に存在しないため、より正確に抽出することができる。かくして、周期的回折パターンの（振幅）変化がスムーズでないことにより生じる非正弦波状の強度パターンのシャープなエッジによって引き起こされる「リンギング」は、減少又は除去することができる。これに応じて、高次情報は、高次ローブ（lobes）へと「回折的に消え去る（diffract away）」ことはない。原理的には、正弦波状光学要素は、極く高次の収差情報の測定を可能にすべきものである。

尤も、透過性格子を製造するために使用される従来技術は、グレースケールの透過関数を生成するのには理想的でないことがある。一対の離散的（飛び飛びの）透過レベルを有する２値パターンであればより容易に製造することができる。このような２値パターンでは、所与の離散的空間エリアの透過度は、例えばほぼ１（単位元：unity）である高透過度に相当する高い値（“１”）、又は例えばゼロ又はほぼゼロである低透過度に相当する低い値（“０”）の何れかであるように選択される。多くの実施例では、２値透過関数は、連続的パターンに類似する所望のパターンに配される複数の離散的エリア又は「ピクセル」を含むことができる。例えば、連続的２次元正弦関数に近似する適切な２値パターンを達成するために、透過閾値を選択することができる。この閾値より大きな値は高い値（“１”）として選定されかつ凡そ１（単位元：unity）の透過度に切り上げられる。他方、この閾値より小さい透過値は低い値として選定されかつ例えば凡そゼロ（“０”）に切り捨てられる。連続的２次元正弦波状透過関数に適用されるこのような閾値近似により、図２に示されているようにダイヤモンド形状の格子を含む回転されたチェス盤（チェッカーボード）パターン８６が得られる。このような２次元パターン８６の透過度τＢ（ｘ，ｙ）は、例えば次式により表される：

ここに、ｘ及びｙはパターン上における位置を定義する座標であり、Ｐは正弦波状変調の周期に相応する。

チェス盤パターン８６は、有利には、連続的２次元正弦関数に極めて似ておりかつ近似している。連続的かつ２値的周期的パターンを通過する無収差波面の伝播をコンピュータモデリングすることにより、残留位相（フェーズ）誤差（エラー）がこれら周期的回折要素パターンによって減少されることが確認される。チェス盤（チェッカーボード）及び正弦波状周期要素の両方のフーリエ変換の検査は、周期的パターンの基本周波数付近の誤差が低減又は最小化されていることを示す。更に、２値チェス盤（チェッカーボード）回折要素に対するタルボ面における残留位相誤差は、連続的２次元正弦波状回折要素の残留位相誤差に実質的にマッチする。従って、空間周波数スペクトルは、理想的な正弦波状周期的パターンの基本空間周波数付近に保存される。基本周波数付近のスペクトルは、２値周期的要素の高調波成分によっては妨害（破壊）されない。従って、連続正弦波状要素への実現可能かつ正確な近似は、安価な製造技術を使用して作製することができる。

一実施例では、図２に示されているものに類似するチェス盤（チェッカーボード）周期的回折要素は、透明なダイヤモンド状部分と、前部に析着されフォトエッチングされる黒色の（black）クロムにより形成される不透明なダイヤモンド状部分とを有するＢＫ７ガラスのような薄いガラスプレートを含む。チェス盤（チェッカーボード）パターンは、光学要素２８の側辺に対し＋４５°と−４５°に配向することができる。一実施例では、周期性は、１つの辺の長さが凡そ２８ミクロンである所与の透過性又は不透明ダイヤモンドを有する凡そ５６ミクロンである。図示の周期的回折要素２８は、凡そ１４．２２ミリメートル×１４．２２ミリメートル、厚さ凡そ１．５６ミリメートルの方形から構成される。ガラス要素の裏側は、例えば凡そ８３０ナノメートルに中心が合わされたバンドパスフィルタと、励起ビームの公称波長における反射を低減するためのＡＲとによってコートすることができる。尤も、その他の構成も可能である。

使用可能な周期的回折要素パターン２８の他の一例が図４に示されているが、図４は、このパターンの一部の拡大図３０も示している。このパターンに入射する光は、要素２８内の開口のアレーを貫通通過する。周期的回折要素２８は、例えば、１つの方向（例えばｘ方向）に沿って周期的に配置されかつ空間的に離隔される実質的に不透明な第１の複数の線形的特徴と、直交方向に沿って周期的に配置されかつ空間的に離隔される実質的に不透明な第２の複数の線形的特徴を含むことができる。（互いに）直交する第１の複数の及び第２の複数の周期的離隔的線形的特徴は、２つの次元において周期性を有する開口のアレーを形成する。この要素に入射する光は、この開口の２次元アレーを貫通通過することができるが、光の一部は実質的に不透明な線形的特徴によってブロックされ、これによりこの光の強度は変調される。

パターン２８の周期性は、凡そ２０〜１２０ミクロンのオーダーであり得るが、これらの範囲以外の値も可能である。同様に、パターンは、幅が１０〜６０ミクロンの不透明ライン（複数）によって分離される、凡そ１０〜６０ミクロンのサイズの開口（複数）を含むことができる。パターン化された光ブロック（遮光）部分の幅は、好ましくは、パターン化要素の開口と同じ大きさである。

他のタイプの格子又は周期的要素２８を使用することも可能である。別の実施例では、例えば、要素２８は透過性である必要はなく、その代わりに、反射性であっても良い。レンズ測定システム１０の構成も同様に異なっても良い。所定の実施例では、適切に構成された位相変調要素を用いて、所望の強度変調を生成することができる。位相変調要素は、直交する２つの方向に正弦波状に変化する可変の（光学的）経路長（光路長）を有することができる。周期的回折要素２８も別様に構成することができ、パターンも同様に異なって構成することができる。２より多くのものが、互いに対し多くの配向で使用することができる。パターンは線形である必要はない。周期的回折要素２８は、例えば、少なくとも部分的に湾曲した罫線を有することができる。同様に、周期的回折要素２８のアパーチャは、方形又はダイヤモンド形状である必要はなく、円形、楕円形等、並びに例えば三角形、六角形、五角形等のような複数の直線から構成される形状（但しこれらに限定されない）を含むその他の形状を含むことができる。パターンは、完全には、周期的又は規則的である必要はない。別の実施例も可能である。連続的２次元正弦波状パターンに近似する又は近似しないことがある正弦波状又は非正弦波状のパターンを作製する別の方法を使用することも可能である。

別のタイプのシステム構成を使用することも同様に可能である。図５に示されている一実施例では、レンズメータ１０内のビームを制御しかつ波面測定のダイナミックレンジを増大するためにヌル光学系８８が使用される。光学系１０は、例えばビーム拡開・コリメート光学系１６と被検レンズ１２との間において、レンズホルダ９２によって担持されるヌルレンズ９０を含むことができる。レンズホルダ９２は、光軸２２に沿ってかつビーム１８の光路においてヌルレンズ９０を位置調整する。ヌル光学系８８及びレンズホルダ９２は、被検レンズ１２に前置又は後置することができる。多くの好ましい実施例では、ヌル光学系８８は、被検レンズ１２の光学的度数に実質的に共役する光学的度数（power）を有する。従って、ヌル光学系８８と被検レンズ１２の組み合わせは、実質的にビームを変化させず、かつレンズメータ１０の作動を妨害せず又は正確な測定を妨げない。例えば、被検レンズ１２の光学的度数が過度に大きいか又は過度に小さい場合、光学的ビーム１８は、過大に収束又は発散することがあり得る。このような場合、ヌルレンズ９０は、例えば被検レンズから出力される実質的にコリメートされたビームを維持しかつビーム収縮要素２６ａのような光学系の直径を減少する、ひいてはリレーレンズ系への入力を減少するよう、被検レンズ１２の光学的度数をオフセット（補償ないし相殺）するように選択されることが好ましい。かくして、光学センサ３２における収差の測定は、場合によってはタルボ型レンズメータを使用した独立の測定によって好ましくは正確に既知であるヌルレンズ９０の屈折特性と組み合わされる。この場合、被検レンズ１２の収差は、ヌルレンズ９０からの寄与（contributions）とセンサで測定された収差の和である。その結果、被検レンズ１２のより高レベルの収差を測定することができる。かくして、ダイナミックレンジが増大される。ヌル光学系は、他の方法においても同様に使用することができる。

多くの実施例では、レンズホルダ９２は、ヌル光学系８８の光学的度数を変化するためにヌルレンズ９０を外部に取出し別のヌルレンズに交換することができるように構成される。例えば、レンズホルダ９２は、複数のレンズが取り付けられかつ種々異なるレンズをそれぞれビーム１８の光路に回転的に挿脱できるように回転可能に構成されるホイールを有することができる。このホイールは、モータ駆動で又はその他の方法で自動的に駆動することができ、又は手動で操作することもできる。複数のレンズの組み合わせをビームの光路に挿入して光学的度数及び収差を変化させることができるように、１又は２以上のこのようなホイールを直列的に配置して使用することも可能である。また、ヌル光学系８８は、光源１４と被検レンズ１２との間に配置されるように図示されているが、ヌル光学系は、別の位置に、例えば被検レンズとリレー系２６の第１レンズとの間に配置することもできる。更に、ヌル光学系８８を変化させるために別の技術も使用することができる。例えば、光路に沿った１又は２以上のヌルレンズ９０の軸方向位置は、ヌル光学系８８の結果として生じる光学的度数を変更するために変化することができる。ヌルレンズ以外の別のタイプの光学要素も同様に使用することができる。尤も、ヌル光学系８８は、被検レンズ１２の光学的度数及び／又は収差を少なくとも部分的にオフセット（補償）するように、光学的度数が変更されるように変化可能であることが好ましい。

上述したように、レンズメータ１０の構成並びにそれに含まれる光学的構成要素の配置及びタイプにおける他のバリエーションも使用することができる。所定の実施例では、例えば、ビーム収縮光学系２６は、周期的回折要素２８に入射するコリメートビームを生成しない。そのような構成は、図５に示されている。収縮光学系２６は、例えば、該収縮光学系によって受光されるコリメートビームが該収縮光学系２６からコリメートビームとして出力されないように、非アフォーカル系を含むことができる。ビームは要素２８において収縮されているものの、このビームは当該位置ではコリメートされない。ビーム収縮光学系２６及びレンズメータ１０の他の部分及び作動方法の他のバリエーションも可能である。幾つかの実施例では、例えば、ビーム収縮光学系２６は、リレー（レンズ組）を含んでも含まなくてもよく、また、単一の（ただ１つの）結像レンズを含んでもよい。

レンズメータ１０は、好ましくは、非常に大きな空間解像度を提供し、所定の実施例では被検レンズ１２の評価されるべき部分に対して凡そ３００×３００超の測定点を有する。レンズメータ装置１０は、好ましくは、比較的シャープな位相誤差を測定するのに十分な解像度を提供し、より高次の、高空間周波数、収差及び波面誤差を正確に特徴付けることができる。所与の波面は、ゼルニケ多項式のような多項式によって記述することができるが、個々の多項式は、所定の次数ｎを有し、３次及び４次以上の多項式に相応する高次の収差を有する。また、波面は、当業者には既知のその他の方法で記述することも可能である。

本書で説明するタルボ又は自己（結）像に基づく波面センサは、９×９レンズレット（lenslet）アレーのようなレンズレットアレーを使用するシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）干渉計よりも優れている。このシャック−ハルトマン干渉計は、コンセプトとして幾何光学に基づくものであるが、解像度とダイナミックレンジが格段に低く、複雑な波面形状を処理するその能力が制限されている。例えば、従来のシャック−ハルトマン干渉計で使用されるレンズレットアレーは、凡そ１００未満のレンズレットを有し、従って、凡そ１００未満の部位で波面をサンプリングする。これに対し、上述のタルボ／自己（結）像面波面センサの周期的回折要素２８は、凡そ１０，０００のアパーチャを有することができ、従って凡そ１０，０００の部位で波面をサンプリングすることができるが、これによって、自己（結）像システム１０の解像度が上昇する。更に、シャック−ハルトマン干渉計は、その線形性に限界があり、サブアパーチャのアライメント問題を有する。高次の収差を測定するために多数のサブアパーチャをスケーリングすることは、複雑でもある。

本書で説明するレンズメータ１０は、他の利点も同様に提供する。例えば、自己（結）像型レンズメータ１０による測定は、比較的高速である。連続する短時間露光は、最初の一度のアライメントで迅速に得ることができる。キャプチャした画像に対しては、好ましくは、アーチファクトに関してプレスクリーニングして、処理する。結果は、１分未満に表示することも可能である。

波面データを獲得し分析した後、ユーザが見るために、波面分析結果をスクリーン又はディスプレイに表示することができる。また、結果は、バーコード形式に符号化することができ、又は電子的に、例えばインターネットを介して伝送することもできる。ゼルニケデータ及びその他のレンズ仕様（specifications）は、例えば、被検ピースのためのラベルのバーコードに符号化することができる。幾つかの場合、この情報は、レンズを付加的に処理するためにラボに送信することができる。他の実施例では、レンズメータ１０は、ワイヤレスネットワーク、イントラネット、インターネット、又はイーサネット（登録商標）を介してオフィスプラクティス管理システムに接続することもできる。このオフィスプラクティス管理システムは、１又は２以上のコンピュータ又はマイクロプロセッサを含むことができる。更に、オフィスプラクティス管理システムは、測定（結果）及び患者データを記録するための記憶装置又はメモリを含むことができる。オフィスプラクティス管理システムは、保険業者、その他のヘルスケア業者、レンズ及びアイウェア（eyewear）製造業者又は販売機関等にリンクすることができ、従って、そのような関連業者と簡便に情報を交換することができる。

多くの実施例では、１つの装置が、眼の屈折特性を測定するための装置としてかつ眼鏡レンズ及び／又はコンタクトレンズに対するレンズメータとして構成されることができる。即ち、この装置は、２つのモードの何れかで作動することができる。レンズメータの機能と眼の屈折特性の測定との組み合わせは、アイケア専門家に強力な能力を提供する。レンズメータ及び眼球測定システムの両方である両眼（測定）装置３００の斜視図が図６に示されている。装置３００は、ハウジング３１０を含み、ハウジング３１０はその内部に含まれかつフレーム（不図示）に支持される光学系を包囲し、保護する。

眼球測定を実行するために、患者は装置ハウジング３１０のフロント面３１４の一対の接眼レンズ又はアイピース３１２を覗き込む。装置３００は、接眼レンズ３１２に対する眼の位置調整を快適にするための額受３１８を含むことができる。眼の正確な波面測定を実行する場合、被験者の眼は、焦点（ピント）が合わせられかつ自然で快適な状態にあるのが好ましい。これにより、適応（accommodation）又は眼球運動によるエラーが減少され又は最小にされる。被験者を快適かつリラックスさせることを保証する１つの方法は、被験者が特定のアイテムを凝視する（視線を集中する）ことを可能にする画像を眼に提示することである。この画像を眺める際に、被験者がこの対象物を凝視することのできるレベルにまで被験者の視力が補正（矯正）されることが好ましい。例えば、被験者は、処方箋を作成される所望の距離で自然なシーンを眺めている間に測定されることが好ましい。眼球（視力）検査するために、患者は、当該患者から凡そ１６フィート又はそれ以上離れた位置に配置される視力検査表又はシーン画像を眺めることがある。従って、眼科診断装置３００は、レンズを介して、凡そ１６フィート離れた実体的な対象に対する球面収差補正及び非点収差補正のような補正を提供することが好ましい。尤も、１６フィートという距離の提供は、空間的制約のため、幾つかの視力検査では問題となることがある。従って、この装置３００は、例えばターゲットまでの１６フィートの距離が収まらないような小さな部屋で使用するために、必要に応じ、被験者の視覚を内部視線固定ターゲットに向けるモードも提供することが好ましい。凡そ１６フィートの距離に生成される像はターゲットとして使用することができる。従って、多くの好ましい実施例は、内部／外部視線固定ターゲット構成を含む。

図７は、使用可能な光学的構成の一例を概略的に示す。図７に示すように、装置３００は、波面センサ２１０と視覚光学系２１２とを有し、患者は、この視覚光学系２１２を介して、内部又は外部ターゲットを眺める。これに応じて、視覚光学系２１２は、可視光のための光学要素を含む。本発明の多くの実施例は、両眼条件下で測定される屈折力は単眼条件下で測定される屈折力よりも一般的により正確であり好ましいので、両眼波面収差計（aberrometer）を有する。これに応じて、視覚光学系２１２は、個々の眼に対しそれぞれ１つ、合わせて２つの光路２１６を有する。この一対の光路２１６は、必ずしも必須的ではないが、平行であることが好ましい。図７に示されている概略図には、この２つの光路２１６のうちの一方しか示されていないが、２つの眼のための２つの光路２１６は、両眼システムにおいては同等である。

図７に示されているように、視覚（visual：肉眼）光学系２１２は、眼２１８に直接前置される赤外（ＩＲ）／可視ビームスプリッタ２２０を有する。この実施例の構成では、このビームスプリッタ２２０は、当該ビームスプリッタ２２０を通過する光軸２２２に対して凡そ４５°の角度に配向された面を有する。ビームスプリッタ２２０は、それぞれの光路２１６に沿って配置され、好ましくは可視光を反射する反射面を有する。尤も、反射面は、装置３００で使用される所定のＩＲ波長に対して透過性であることが好ましい。

視覚光学系２１２は、更に、この光路２１６に定置レンズ２２４、反転プリズム２２６及び可動レンズ２２８を有する。反転プリズム２２６は、像を反転・転倒する（例えば、垂直であり、視覚光学系光路２１６を貫通する光軸２３２に対し直交する面の互いに直交するｘ及びｙ軸の周りで像を回転する）ように配置される複数の反射面を有する。光学要素（複数）は、内部又は外部ターゲットからの可視光が可動レンズ２２８、反転プリズム２２６及び第１レンズ２２４を貫通通過し、ビームスプリッタ２２０で反射されて眼２１８に達するように光路２１６に沿って配置される。

プリズム２２６は、種々異なる瞳距離に適合（対応）するよう可動レンズ２２８の光軸２３２の周りで回動可能に構成されることが好ましい。尤も、２つのプリズム２２６は、代替的に、被験者の瞳距離に適合（対応）するために、可動レンズと共に、水平方向に（例えばｘ軸に平行に）摺動することが可能である。可動レンズ２２８は、光軸２３２に沿って軸方向に摺動可能に構成される可動マウントによって担持（保持）されることが好ましい。

可動レンズ２２８は、コンピュータ制御可動レンズであることが好ましい。この可動レンズ２２８は、多くの実施例では、モータ駆動されることができる。作動の際、レンズ２２８は、球面収差補正のために、プリズム２２６に対して軸方向にずらされた部位における軸方向位置に摺動されることが好ましい。プリズム２２６の目的は、像を上下左右を正立にすることである。というのは、可動レンズ２２８は、画像を反転・転倒するからである。可動レンズ２２８は、代替的に、複数のレンズ又は他の光学要素を含むことができる。所定の好ましい実施例では、可動レンズ２２８は、被験者の球面収差補正及び非点収差補正の両方を提供するために、２つの可動・回動シリンダ（円柱）レンズを有する。可動レンズ２２８は、他の高次の収差のような他の収差の補正を行う複数の屈折性光学要素又は他の光学系を有することができる。多くの実施例では、可動レンズ２２８は、上述のような光学的補正を行うための適応制御（adaptive）光学要素を含むことができる。この適応制御光学要素は、可動レンズ２２８と一緒に又は可動レンズの代わりに使用することができる。適応制御光学要素は、より高次の収差を補正することができる。尤も、多くの患者に対しては、患者がターゲットを凝視するためには球面収差の補正で十分である。

適応制御光学要素は、再構成（復元）可能な（re-configurable）ビーム整形特性（複数）を有する光学要素を有する。適応制御光学要素は、例えば、選択的に変化され得る形状を有する変形可能ミラーを有することができる。幾つかの実施例では、ミラーの形状を変化するためミラーに応力を印加するために、ミラーの種々異なる部分に対して、圧電トランスデューサのような１又は２以上のトランスデューサを配置することができる。その他のタイプの変形可能ミラーも可能である。適応制御光学ミラーは、ボストン・マイクロマシーンズ・コーポレーション（Boston Micromachines Corporation）、１０８ ウォーターストリート、ウォータータウン、マサチューセッツ州 ０２４７２、及びフレキシブル・オプチカル（Flexible Optical）Ｂ．Ｖ．、ＢＯＸ ５８１、２６００ ＡＮ、デルフト（Delft）、オランダから入手することができる。その他のタイプの適応制御光学要素も同様に使用することができる。適応制御光学要素は、例えば、屈折性、回折性、又は反射性光学要素又はそれらの組み合わせを含むことができる。光学要素の光学的パラメータを変更する種々のアプローチも同様に可能である。１又は２以上の適応制御光学要素も同様に使用することができる。

図７の可動レンズ２２８の右側の光路２１６には、可動ミラー２３４と内部視線固定ターゲット２３６がある。このようなミラー２３４及び内部ターゲット２３６は、それぞれの眼２１８に対する可視光路２１６に含まれることが好ましい。可動ミラー２３４は、被験者の視野を切り換えるために使用される。例えば、ミラー２３４は、該視野又は光路２１６に回動（枢動）又は移動可能に構成されることにより、被験者が装置２１０内部の内部視線固定ターゲット２３６の像を見ることを可能にする。内部ターゲット２３６の像を所望の像距離に位置付けるために、ミラー２３４と内部ターゲット２３６との間に、レンズ２３８を配することができる。複数の像を種々異なる距離に配置して、被験者に近距離ターゲット像及び遠距離ターゲット像の両方を提示するために使用することも可能である。眼２１８の各々に対し、一対の像及び可動レンズ２２８の片方を使用することができる。代替的に、眼２１８の各々に対し、異なる焦点距離を有する２つの異なるレンズ２３８又はレンズセットの１つを使用することにより、それぞれの眼に対して異なる知覚距離を生成することも可能である。像（複数）は、３次元的効果を生成して所望の像深度に更なる補強を付加するために、本質的にステレオスコピックであっても良い。

これに応じて、セッティングに依存して、図７の可視ルックスルー（look-through）モジュールは、ルックスルーアイピースから、凡そ２０フィートの距離にあるターゲット２７０までの又は装置２１０の内部の内部ターゲット２３６までの光路２１６を有することができる。更に、可視ルックスルー光路２１６は、大きな補正を必要とする患者をリラックスさせかつピント合わせさせることができるように、波面センサ２１０の測定（結果）に基づいて患者の視覚（視力）を補正するため、可動スライドステージに配されたレンズ２２８を含むことができる。可動ミラー２３４は、レンズスライドステージに後置することができ、光路２１６の内外に回動（枢動）又は運動可能に構成することもできる。光路２１６に回動（枢動）されると、ミラー２３４は、患者の視覚を一対の内部視線固定ターゲット２３６に再び向ける。２つの内部ターゲットセットは、好ましくは、装置２００に組み込まれるが、そのうち一方は、シミュレートされた読み取り（reading）距離に１つの像を提示し、他方は相対的により遠い距離に（１つの像を）提示する。ミラー２３４が光路２１６から外に回転（枢動）されることにより、患者は、装置２００を介して、相対的に遠い距離に配置された実物の（実体的）ターゲットを見ることができる。視覚光学系光路２１６をフレキシブルに構成することにより、患者は、測定される焦点（フォーカス）のための前補正後に、ターゲットを見ることが可能になる。従って、装置は、ＯＤ又はＭＤプロトコル、近距離（near）対遠距離（far）、カブリ（fogging）対内部フォーカシング、前補正又は無補正、及び測定中に使用可能なその他の組み合わせにフレキシビリティを提供する。患者の調節ないし適応（accommodation）範囲は、例えば、種々異なる補正レベルを提供するようにレンズ２２８を再位置調整することによって測定することも可能である。調節（作用）による種々異なるレベルの補正を処理する患者の能力は、例えば、２００４年７月１３日にLai et alに付与された米国特許第６，７６１，４５４号、表題「波面センシングによる対物レンズの屈折力を求めるための装置及び方法（Apparatus and Method for Determining Objective Refraction Using Wavefront Sensing）」、及び２００３年９月２日に出願された米国特許出願第１０／６５３，５５２号、「波面センシングに基づく視覚の他覚的特徴を用いる自覚的反応を求めるための装置及び方法（Apparatus and Method for Determining Subjective Responses Using Objective Characterization of Vision Based on Wavefront Sensing）」に記載された技術を使用して測定することができる。なお、これらの文献は引用を以って本書に繰り込み、その全内容がここに記載されているものとする。

光源２４０は、内部視線固定ターゲット２３６を照明することができる。この照明源２４０は、例えば、電気的にエネルギーが供給されかつ当該光源の明るさを調整するために制御電子回路に接続される発光ダイオード（ＬＥＤ）又は白熱光ランプのような光源を含むことができる。内部ターゲット像に対する照明強度は、例えばコンピュータによって制御し、特定のレベルに較正することができる。照明は、例えば、インドア、アウトドア、オフィス、夜間運転等の特定の環境をシミュレートするように制御することができる。波面センサ２１０から求められた瞳サイズの分析を組み合わせると、照明レベル情報に関する詳細な瞳反応を記録することができる。例えば、多くの実施例では、センサは瞳を結像することができ、従って、瞳サイズは照明レベルと相関される（関連付けられる）ことができる。

上述のように、装置３００は、更に、上述の自己（結）像システムのような波面センサ２１０を有する。これ応じて、多くの好ましい実施例では、この波面センサ２１０は、２次元周期的パターン２４２と、自己像面ないしタルボ面に配されるか又は該面に合焦される（ピントが合わせられる）カメラ２４４を使用することが好ましい。所定の好ましい実施例では、この周期的パターン２４２は、上記のようなチェス盤（チェッカーボード）パターンを有する。この波面センサ２１０は、ＩＲ／可視ビームスプリッタ２２０を貫通して透過される光を受光するように配置され、そのような配置を可能にするために手動又はコンピュータ制御されるＸＹＺステージ２４６に取り付けられることが好ましい。図７に示されているように、この波面センサ２１０は、２つのレンズ２５０、２５２を含む光学リレー（光学システム）２４８を含むことができる。好ましくは装置の全体構成をよりコンパクトにするために、これら２つのレンズ２５０、２５２の間又は他の個所に、偏向（fold）ミラー２５４を配置することができる。リレーレンズ系２４８は、周期的パターン２４２とカメラ２４４を含む光路２５６に沿ってアライメントされることができる。

適応制御光学要素（不図示）は、該適応制御光学要素が上述のような波面センサのためのヌル光学系として作動するように、波面センサ２１０に至る光が貫通通過する光路２５６の部分に挿入することができる。ソフトウェアは、センサ２１０に対する波面を「ゼロにする（null）」か又はキャンセルすることができ、その結果、被験者の視覚（視力）も同様に適切に補正される。

例えば、マイクロプロセッサ又は制御電子回路のようなコントローラ又は制御モジュール（不図示）からの制御信号は、適応制御光学要素の作動（作用）を制御するために使用することができる。検出器２４４又は関連のコンピュータ処理要素からコントローラへのフィードバックループも含むことができる。検出器２４４又は眼２１８を介して投射される波面の形状に基づき値を計算するコンピュータ要素から得られる測定（結果）からフィードバックが提供され得る。このフィードバックは、適応制御光学要素の波面成形（waveshaping）特性に対する適切な調整を求めるために使用することができる。

適応制御光学要素は、眼２１８の収差をオフセット（相殺）する補正を提供するヌル光学系に相当し得る。適応制御光学要素によって、例えば、フォーカス（焦点）及び非点収差（乱視）のような高次収差（項）の補正及び低次収差項の補正を行うことにより、眼２１８からの実質的に（ほぼ）すべての収差を中和（消滅）することができる。他の実施例では、適応制御光学要素をヌル光学系と関連して使用することにより、球面収差及び非点収差（乱視）のようなより低次の収差を補正することができる。適応制御光学系ミラーを、例えば球面収差及び非点収差（乱視）を補正する１又は２以上のヌルレンズと関連して使用することにより、より短いストロークの適応制御光学系ミラーのようなより安価な適応制御光学要素の使用が可能になる。

多くの好ましい実施例では、図７に示されている可動波面センサステージ２４６は、２つの異なる眼の間で波面センサ２１０を移動させるように配置することができる。１つの位置において、例えば、ステージ２４６は、波面センサ２１０が左眼を結像するように位置調整され、他方、ステージは、波面センサが右眼を結像するよう別の位置に摺動することができる。このステージ２４６は、波面センサ２１０をそれぞれの眼の光路に移動させ、眼をセンサ２４４の中心に整列させることができる。ステージ２４６を制御するコンピュータを使用する場合、波面センサ２１０に対する眼２１８の位置を分析し、波面センサと２つの眼の光学的中心とを整列するために必要なステージ運動を生成させるソフトウェアルーチンを導入することができる。図７の概略図には示されていないが、別個の接眼レンズ又はアイピース３１２を眼２１８の各々に対して使用することができる。可視光路２１６及びＩＲ光路２５６は、これら接眼レンズ３１２を貫通通過することが好ましい。波面センサステージ２４６は、波面センサ２１０と、それぞれの接眼レンズ３１２を貫通する光路とを適切にアライメントするように摺動させることができる。コンピュータ又は画像処理電子回路は、それぞれの眼の瞳のエッジ及び中心を求めることができる。多くの実施例では、瞳のサイズ中心は、波面センサ２１０から求められる。更に、２つの眼の間の距離（瞳距離）は、波面センサ２１０の運動と、画像の内部における瞳の位置とから求めることができる。

波面センサ２１０は、更に、眼２１８を照明するための光源２５８を含む照明光学系２６６を含むことができる。光源２５８は、例えば、赤外線レーザダイオードのようなレーザダイオードを含むことができる。その他のタイプのレーザも同様にこのシステム２００に使用することができる。多くの実施例では、レーザは、実質的にコリメートされた細いビーム２７０を生成する。従って、幾つかの場合、コリメートレンズのようなコリメート光学系は必要ではない。光源は、代替的に、スーパールミネッセントダイオードを含むことができる。その他の対応の発光ダイオードを含むその他のタイプの光源も使用することも可能である。合焦又はコリメート光学系２６０及びピンホール２６２は、スーパールミネッセントダイオード又は発光ダイオードによって包含され、図７に示されているように光路２６８に沿って配置することができる。別の実施例では、レーザダイオード又はスーパールミネッセントダイオードのような発光体は、レンズによってナロービームにコリメートされる光を出力するファイバ光学系に合焦されることも可能である。照明を提供するためのその他の構成及び方法も可能であり、かつ本発明の範囲内に含まれると解すべきである。

眼２１８に向けられる光ビーム２７０は、本質的に細いことが好ましい。多くの好ましい実施例では、ビームの伝播方向に対し直交方向に延在するビーム横断面が瞳サイズよりも小さくなるよう、眼２１８に伝播するビーム２７０の発散は十分に小さくかつビームは十分に細い。ビーム２７０は、瞳の平均直径よりも十分に小さい直径ないし幅に相当する横断寸法を有することが好ましい。瞳は、例えば、平均で凡そ４〜８ミリメートル、例えば６ミリメートルである。多くの好ましい実施例では、瞳を貫通するよう指向されるビーム２７０の直径ないし幅は、幅凡そ１ミリメートル未満であるが、直径凡そ２００〜６００マイクロメートル（μｍ）、例えば直径凡そ４００μｍとすることができる。ビーム２７０は、眼２１８の収差のビームに対する影響が低減される程に小さいことが好ましい。ビーム２７０は、眼２１８の収差が、当該眼に入射するビームを変化せず、かつビームが網膜に入射する際に生成される光スポットのサイズを増大せず又は該光スポットの形状を変形しない程に十分に小さいことが好ましい。網膜に生成される光スポットは、例えば、水晶体及び角膜に対して十分に小さく、点光源に近似することが好ましい。ぶれないしぼけ（Blurring）、光スポットのサイズの増大、及び／又は光スポットの形状の歪み（変形）は、波面測定（結果）に悪影響を及ぼし得る。

ビーム２７０を眼２１８に向けるために、周期的パターン２４２とカメラ２４４への光路２５６に、ビームスプリッタ２６４を挿入することができる。これと異なる構成（配置）も使用することができる。

眼の屈折特性を測定するために、光学装置２００は、図７に基づいて上述した幾つかの光学モジュール：即ち視覚光学系又は可視ルックスルーモジュール２１２、照明光学系２６６及び波面センサ２１０を使用する。照明光学系２６６は、好ましくは不可視（例えばＩＲ）放射線によって眼２１８を照明する。この不可視放射線は、光路２６８に沿って光源２５８から眼２１８に伝播し、光源と眼の間のビームスプリッタ２６４で反射偏向される。相応にして、近赤外光ビーム２７０を眼に入射することも可能である。そして、この光ビーム２７０からの光は、網膜において散乱され、入射光路の少なくとも一部を介して引き返す。波面センサ２１０は、眼２１８から反射されたこの不可視放射線を検出する。近赤外線光は、ＩＲ／可視ビームスプリッタ２２０及び９０％／１０％入射ビームスプリッタ２６４を介し、波面センサ光路２５６に沿って伝播する。

この波面センサ２１０は、上述のように、超高解像度の波面情報を提供することが好ましい。この装置３００は、例えば、瞳のエッジ付近の比較的シャープな位相エラーを測定するために十分な解像度を提供し、先行する外科的処置の結果として生成し得る高周波の波面エラーを処理することができる。波面データを取得・分析した後、波面分析結果は、装置付近のスクリーンに表示され、更に、バーコード形式に符号化され又は電子的に伝送されることができる。ゼルニケ（Zernike）データは、例えば患者ＩＤ、左／右眼のような他の情報と一緒に例えばバーコードに符号化されることが可能であり、また、レンズの処理のためにラボに送信することができる。多くの実施例では、装置は、ワイヤレスネットワーク、イントラネット、又はインターネットを介してオフィスプラクティス管理システムに接続することができる。イーサネット（登録商標）も使用することができる。上述したように、オフィスプラクティス管理システムは、１又は２以上のコンピュータ又はマイクロプロセッサを含むことができ、また、測定（結果）及び患者データを記録するための記憶装置又はメモリを含むこともできる。オフィスプラクティス管理システムは、保険業者、その他のヘルスケア業者、レンズ及びアイウェア（eyewear）製造業者又は販売機関等にリンクすることができ、これに応じて、そのような関連業者と簡便に情報を交換することができる。

装置３００の実施例（複数）は、モータ又はその他のスライド運動装置の運動制御、複数の照明源２４０、２５８のオン・オフ及び強度制御、並びに装置３００に配置されるセンサの読み出しを取り扱う小型コンピュータ及び／又は電子回路を含むことができる。図８に示されている実施例では、波面センサ２１０の位置調整は、ビデオゲームのそれに類似するコンピュータ操舵（フライバイワイヤ：fly-by-wire）ジョイスティック制御システム２９６を介して実行される。ジョイスティック２９６は、位置調整のために必要とされる３つの自由度を与える３つのモータを操作する。センサの位置調整の、コンピュータ化された、マイクロプロセッサないし電子制御的自動化も可能である。図８に示されているように、装置３００は、患者及び検者の人間工学を意識して設計されることが好ましく、印象的な外観及び触感を有するようにパッケージされることができる。また、装置３００は、例えば瞳及び／又は波面測定結果を表示するための表示スクリーン２９８を含むことが好ましい。

眼球測定は、患者に不快感を生じさせないように実行可能であることが好ましい。有利なことに、測定は迅速であるので、検査中患者を強度に拘束する必要はない。患者の快適性レベルは、網膜に（光）スポットを生成し、眼表面から波面センサカメラ２４４にある検出器までの光路２５６を照明する例えば凡そ８５０ｎｍの波長の不可視近赤外線レーザ２５８を使用することによって向上される。光学的測定の効率が良いので、網膜を照明するために、極めて低パワーのビームを使用することができる。このパワーは、例えば、眼の波面測定を実行する他の従来の装置と比較して凡そ４〜７のファクタだけ減少することができる。赤外線光とより小さい照明パワーレベルとを組み合わせることにより、快適性と安全性とを向上することができる。

検査中、一連の短時間露光は、１つのセッティングで実行されることが好ましい。このセッティングには、患者の最初のただ１回のアライメントも含まれる。患者は、ほんの数分間椅子に座っているだけでよく、結果はものの１分もかからないうちに検者に表示することができる。眼の屈折特性を測定するためのシステムに関する更なる詳細については、本願と同日付の米国特許出願第 号、表題「眼科診断装置（Ophthalmic Diagnostic Instrument）」（米国代理人整理番号ＯＰＨ．０２４Ａ）、出願人 et alに記載されている。この出願については、引用を以って本書に繰り込み、その全内容がここに記載されているものとする。

装置３００の作動を改善するために多くの技術を使用することができる。例えば、多くの好ましい実施例では、この光ビーム２７０は、図９Ａに示されているように、波面センサ２１０の光軸２２２に対して平行であるが、該光軸２２２から横方向に（直交方向に）オフセット（変位）される（平行移動されている）。従って、光ビーム２７０は、角膜の頂点２７４からオフセットされた（ずれた）部位において角膜２７２に入射する。ビーム２７０を角膜２７２の頂部２７４又は中心からずらすことにより、光軸２２２に沿って引き返し波面センサに入射される光ビームの部分の逆反射（再帰反射）（retro-reflection）は低減される。このような逆反射は、波面測定（結果）にエラーを引き起こし得る。図９Ａに示されているように、眼２１８に入射するビーム２７０を眼２１８の頂点２７４に対し横方向にオフセットすることによって、角膜２７２から反射される光（光線２７６によって図示されている）は、光軸２２２に対し所定の角度をなして指向される。従って、この逆反射光２７６は、光軸２２２を引き返さず、波面測定を妨害する波面に伝播しない。

眼２１８に光をより効率的に結合（供給）する方法も可能である。例えば、幾つかの実施例では、光源２５８からのビーム２７０は、センサ２１０の光軸２２２に直接導入（差込入射）される。そのような場合、中央食部２８８ないし暗領域を有する（図９Ｄに示されている）環状又はドーナッツ状のビーム横断面２８６を生成するように、中央遮断（遮光）部２８２を有する光学要素２８０（例えば図９Ｂ〜９Ｃ参照）がビーム２８４の光路に挿入される。このような構成は、眼２１８に入射され得る光の量を増大しつつも、角膜２９０によって逆反射され（光線２９２により示されている）光軸２２２に沿って波面センサに直接入射する光を低減することができる。環状のビームは、光軸２２２が角膜と交差する点２９４（即ち頂部）から中心逸れした角膜２９０の領域と交差する。従って、角膜からの反射は、光軸２２２に沿って引き返し波面センサに入射するようには反射されない。遮断（遮光）部２８２及び対応する食部２８８は、中心に配する必要はなく、完全に環状のビームプロファイルを生成する必要もない。尤も、幾つか実施例では、中央食部は有利である。所定の好ましい実施例では、食パターンを眼２１８に結像するために、中央食部２８８［中央遮断部２８２の誤記］の後方の光路にレンズ（不図示）を含むことができる。そのようなレンズは、近視又は遠視であり得る被験者の眼２１８の球面収差を補償することも可能である。そのような場合、このレンズは、被験者の眼２１８の球面収差の影響をオフセットし、それによってビーム２８４を眼の網膜の小さいスポットに合焦する（集光する）ことを支援するために使用することができる。眼２１８に達する食部２８８のパターンは、被験者の球面収差の符号に依存する、使用されるレンズのタイプに応じて、発散的又は収束的の何れであることもあり得る。

上述したように、眼の屈折特性の測定に加えて、装置３００は、レンズメータとしても使用することができる。多くの実施例では、装置３００は、眼鏡レンズ又はコンタクトレンズを、当該矯正（補正）レンズの波面成形特性が測定可能になるよう、位置調整できるように構成される。

図１０及び図１１に示されているような実施例では、例えば、装置３００は、一対の眼鏡レンズ３２２を支持するためのアダプタ３２０を備えている。所定の実施例では、アダプタ３２０は、額受３１８に近接して付加することができる。アダプタ３２０は、クロスバー３２４（図１１の外皮切断図参照）に取り付けられており、中央直立支持部３２６を含む。クロスバー３２４は、接眼レンズ３１２の上方において装置ハウジング３１０のフロント面３１４に固定することができる。図示のように、多くの好ましい実施例では、中央直立支持部３２６は、クロスバー３２４に結合される。クロスバー３２４として命名されているが、この構造は、バーに限定されるべきではなく、例えば延長部材、プレート（これらに限定されない）のようなその他のタイプの取付具及びアダプタ３２０を装置ハウジング３１０に取り付けるためのその他の構造から構成されることができる。また、アダプタ３２０は装置ハウジング３１０に結合されているが、他の実施例では、アダプタは、フレームに取り付けることができ、又はその他の態様で適切な場所に固定することができる。他の構成も可能である。アダプタ３２０は、ネジ又はボルト又はその他のタイプの締結部材によって装置２００に固定することができる。締結部材は、アダプタ３２０を迅速かつ容易に取り付け及び取り外しをすることができるように、装置ハウジング３１０に対し容易に取り付け・取り外しすることができることが好ましい。クリップ、クランプ、留め金（clasp）、ピン、プラグ、磁石、スライド（slide）は、使用可能な締結部材の例である。尤も、その他のタイプの締結部材も同様に使用することができる。幾つか実施例では、アダプタ３２０は、貫通孔を有することができる。コネクタは、アダプタ３２０を取り付けるために装置ハウジング３１０のフロント面３１４に取り付けることができる。

図１０及び図１１に示されているように、中央直立支持部３２６は、眼鏡３２２を適切な部位に支持及び保持するための眼鏡ホルダ３２８を含む。眼鏡３２２は、左右のレンズ３３６、３３８が取り付けられる左右の枠３３４の対向側に結合されたノーズピース３３２を有するフレーム３３０を含むことができる。ノーズピース３３２は、直立支持部３２６に取り付けられる眼鏡ホルダ３２８の中又は上に着座することができる。フレーム３３０を眼鏡ホルダ３２８に固定するために締結部材又はその他のロッキング機構を設けることも可能である。これに応じて、フレーム３３０は、アダプタ３２０に安全に固定し、測定のためにレンズメータに対して位置調整することができる。

中央直立支持部３２６は、眼鏡３２２の一対の耳ステム３４６（図１０参照）を支持するためのクロスバー３４２を有する耳ステム支持アーム３４０と結合することも可能である。図１０及び図１１に示されている耳ステム支持アーム３４０は、ヒンジを介して中央直立支持部３２６に結合されている。このヒンジは、接眼レンズ３１２の正面に眼鏡レンズ３３６、３３８を配向する位置に耳ステムホルダアームを下方に折り曲げることが可能に構成されることが好ましい。その他の構成も可能であり、眼鏡３２２は、その他の技術を使用して適切に配向及び位置調整されることも可能である。

アダプタ３２０は、更に、一対の逆反射器（再帰反射器）３４８を有する。この一対の逆反射器３４８は、左右の眼鏡レンズ３３６、３３８が該逆反射器３４８とそれぞれの対応する接眼レンズ３１２との間に位置するように左右の眼鏡レンズ３３６、３３８に対して配置される。その結果、接眼レンズ３１２から、レンズ３３６、３３８を介し、左右の眼鏡レンズの各々に対する逆反射器３４８に至る光路が得られる。逆反射器３４８は、中央直立支持部３２６に取り付けられるホルダ３５０によって支持される。逆反射器ホルダ３５０は、中央直立支持部３２６から伸長すると共に、眼鏡レンズ３３６、３３８に近接する逆反射器３４８を位置調整する一対のアームを有することができる。

逆反射器３４８の１つの断面が図１２に示されているが、図１２は、レンズメータとして構成された光学装置３００を概略図である。逆反射器３４８は、湾曲したフロント面３５４と反射性のリア面３５６とを有する実質的に光学的に透過性のロッド３５２を含むことができる。このロッド３５２は、例えば、所定の実施例では、ガラス又はプラスチックを含むことができる。反射性リア面３５６は、拡散的な反射性（拡散反射性）であることが好ましい。多くの好ましい実施例では、反射性リア面３５６は、網膜に類似する反射特性を有する。幾つかの実施例では、反射性リア面３５６は、ガラス又はプラスチックロッド３５２に形成され、反射性材料によってコート又はペイントされる実質的に平坦な面を含む。反射リア面３５６は、例えば、拡散反射性でありかつ幾つかの実施例では励起ビーム２７０の特定の波長で凡そ２〜１０％の反射率を有し得る黒色塗料（black paint）でペイントすることが可能である。反射リア面３５６は、テクスチャ化されること又は光を拡散的に反射する（拡散反射する）微細構造を有することもできる。その他の構成も可能である。

拡散的に反射された光（拡散反射光）は、ビーム２７０が拡開されるように湾曲フロント面３５４によって集光される。フロント面３５４は、拡散反射性リア面３５６から散乱された光がコリメートされるように、所定の形状及び湾曲を有しかつリア面３５６に対し位置調整される。幾つか実施例では、この湾曲は、実質的に球面である。更に、フロント面３５４の曲率半径は、ロッド３５２を貫通する中心光軸に沿って測定した場合のフロント面からリア面３５６までの距離にほぼ等しいことが好ましい。フロント面３５４は、リア面３５６から反射された光から１つのビームを生成するレンズとして作動することが好ましい。多くの好ましい実施例では、フロント面３５４は、拡散反射性リア面３５６から反射された光をコリメートする。フロント面３５４は、異なる実施例では異なる形状とすることができ、その他のタイプの面及び光学要素を含むことができる。例えば、フロント面３５４は、従来の反射性レンズ面である必要はない。フロント面３５４は、回折的特徴を生成する回折性面を含むことができ、このため、回折性又はホログラフィー光学要素を形成することができる。フロント面３５４は、ビーム成形に寄与することもできるが、１又は２以上の他の光学要素及び／又は面と協働することもできる。フロント面３５４は、幾つか実施例では、平坦であることも可能である。（この場合、）付加的なレンズ要素がビーム成形（beam shaping）を行うことができる。代替的に、ロッド３５２又は他の光学要素の傾斜的に分布する（gradient）屈折率（屈折率勾配：gradient reflactive indices）がビーム成形を行うことも可能である。その他の構成も可能である。

尤も、光ビームは、接眼レンズ３１２を介して伝播することが好ましい。この光ビーム２７０は、図１２に示されている光源２５８に類似する光源から生成されかつ図１２に示されている光路２６８に類似する光路を辿ることも可能である。上述したように、光ビーム２７０は、戻り反射を低減するために、球面レンズの頂部及びロッド３５２のフロント面３５４の中心からオフセットすることができる。代替的な照明スキームも可能である。例えば、ビーム２７０は、眼鏡レンズ及び反射器３５０のフロント面３５４から反射されて引き返し、波面センサに入射する光を減少するために、上述のような環状横断面を有することができる。環状横断面を有するそのようなビームを生成するために、中央遮断部を有する光学要素を使用することができる。光は、例えば、中央遮断（遮光）部を有するアパーチャを貫通通過し、食部（暗部）をビームに導入することができる。中央食部をもって形成される環状ビームを使用することは可能であるが、幾つか実施例では、ビームは、中央部には位置していない暗領域を有する。

他の実施例では、反射性要素（逆反射器）３４８は、レーザダイオードのような外部光源及び場合によっては更にビーム拡開及び／又はコリメート光学系によって置換される。球面レンズのような矯正（補正）レンズの測定は、この付加的光源によって供給されるビームを使用して実行される。眼鏡レンズの測定中、波面センサの内部に配されたレーザは、スイッチオフ、ブロック（遮光）、方向転換等される。

幾つかの実施例では、矯正（補正）レンズは、ビームを該矯正レンズを貫通して眼に向かわせ、再び矯正レンズを貫通通過する眼からの戻り光を測定することによって、眼と一緒に測定することができる。このような構成により、医師が、視覚（視力）を矯正されたものとして特徴付けることを可能にする。眼鏡レンズ及びとりわけコンタクトレンズは、このようにして測定することができる。眼鏡レンズ及びコンタクトレンズを除去することにより、矯正されていない眼を測定することができる。

不利なことに、レンズを貫通通過する又は眼に入射するビームからの光が、カメラに反射又は後方散乱されること及び不所望のグリント（光輝）アーチファクトを引き起こし得る。この不所望のグリントは、波面測定の実行に困難を引き起こす。しかしながら、特別の処理を施すことにより、眼鏡、眼、又は光路上のその他の部位からのグリント、反射、又は後方散乱が測定を妨害する程度を小さくすることができる。

眼鏡レンズ、コンタクトレンズ又はレンズブランクの表面から、並びに光学的表面のスクラッチ（傷）、又はレンズ又はレンズブランク内若しくはその表面に存在するダスト、パーティクル（微粒子）、又はその他の散乱性特徴から、鏡面的若しくは拡散的反射又は後方散乱される光によって、コントラストの低下も生じ得る。また、眼の表面又は眼の内部若しくは表面に存在する特徴によって反射又は散乱される光も、コントラストの低下を引き起こし得る。例えば、光は、角膜又は水晶体の表面から鏡面的又は拡散的に反射され得る。光は、角膜又は水晶体の内部又はそれらの表面並びに硝子液、水様液（房水）又は眼のその他の部位に存在する特徴によっても反射又は散乱され得る。このような反射及び散乱は、図１３に示されているような明るい領域３８０を生成する。この明るい領域３８０は処理を複雑にする。回折格子の自己像のコントラストの低下は、所定の部位３８２にも生じ得る。これらのコントラスト低下領域は、例えばスクラッチ（傷）又はその他の散乱性特徴からの反射及び散乱から生じることもあり得、又はそれ以外の態様で生じることもあり得る。明るさ及び／又はコントラストの変動（ばらつき、むら）は、不規則性を導入し又は飽和（saturation）を引き起こし又は信号と比べて相対的に大きなレベルのノイズを生成し、測定を妨害することがある。しかしながら、多くの場合、測定に対するそのような有害な作用効果を低減する処理を使用することができる。

波面を特徴付けるために、及び矯正レンズ又は眼又はその他の実質的に透過性の光学構造体の波面成形特性を求めるために使用される処理を表すブロックダイアグラムが図１４に示されている。このブロックダイアグラムは、グリント及び低コントラスト領域によって生成されるアーチファクトに対処するために使用される付加的処理も示す。

ロジックは、図１４及び本書のその他の箇所に関して説明される処理及び方法に従って実行される。本書において説明される方法及び処理のこれら及びその他の表示は、コンピュータプログラムソフトウェアにおいて実現可能な本発明の多くの実施例のロジックの構造を示す。本書に含まれるフローチャート及びその説明が、コンピュータプログラムコード要素又は電子論理回路のような論理要素の構造を示していることは、当業者であれば分かるものである。多くの実施例は、例えば、デジタル処理装置（即ち、コンピュータ、コントローラ、プロセッサ等、又はそれらの部分）に対し、ここに示されているものに相応する一連のファンクションステップを実行することを命じる形態で論理要素を表現する機械的要素も含む。ロジックは、一連のコンピュータ又は制御要素実行可能命令としての、プロセッサ３４によって実行されるコンピュータプログラムによって実現することができる。これらの命令は、例えば、ＲＡＭ又はハードディスクドライブ又は光学的ドライブに存在することが可能であり、又はこれら命令は、磁気テープ、読み出し専用メモリ、又はダイナミックに変更又は更新することのできるその他の適切なデータ記憶デバイスに記憶されることができる。その他の構成も可能である。

従って、プロセッサ３４のロジックは、図１４を参照して理解することができる。上述のように、ビームの波面は、周期的回折要素を貫通通過するが、回折効果（作用）によって、要素２８の自己像が自己像面（複数）に出現する。第１ブロック４０２に示されているように、複数の自己像面のうちの１つの自己像面の１つの像が、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器型カメラによって記録される。１又は２以上の像が記録され、平均化される。１又は２以上の像は、検出器アレー及び場合によっては更に付属の電子回路によって生成されるデータのアレーに変換される。記録された像データは、シングル検出器ピクセル（複数）のような検出器の複数の局所的領域において受光される光の明るさ又は量に関連付けられる値（複数）のアレーに相当し得る。幾つかの実施例では、検出器は、例えば、１２８０×１０２４ピクセル検出器アレーを含む。検出器アレーは、同様に大きさが調整されたデータセット（例えば１２８０×１０２４データアレー）にマッピングすることができる。従って、データのアレーは、本書においては、複数のピクセルを含むとして称することができる。その他のサイズの検出器アレー及びデータセットも使用することができる。検出器アレー及びデータ収集、記録及び処理装置によって受け取られたデータに対し付加的処理を実行することも可能であり、また、本書に開示されるもの以外の構成も可能である。

タルボ面自己（結）像の原理は、例えば、（干渉の処理と波動光学も含んでいる）Joseph W. Goodman著、“Introduction to Fourier Optics”、The McGraw-Hill Companies，Inc.のような文献に記載されている。なお、この文献については、引用を以って本書に繰り込み、ここに記載されているものとする。周期的要素２８の自己像の生成は、光の波動的性質及び該要素の周期性に関係する。１つの実施例（これに限定されない）では、結像検出器３２に入射する波面は、次の回折方程式によって表すことができる：

ここに、λは、コヒーレント波面の波長、ｚは、伝播方向における関連ベクトル

に関する伝播距離、ｐは、周期的回折要素の周期（例えば、１つの要素ラインの始端（beginning）から次の要素ラインまでの距離）、ｒは、関連ベクトル

に関する検出器の平面における空間的寸法、ｒｘ及びｒｙは、対応する単位ベクトルの成分、∂／∂ｘ及び∂／∂ｙは、測定されるべき波面“Ｗ”の、ｘ及びｙ方向における方向微分係数（又は、傾きないし勾配）である。自己（結）像（自己像生成）距離ｄの、波面のスペクトル波長及び周期的回折要素の空間周波数に対する依存性は、次式により与えられる：

ここに、ｎは、生成される自己像間の距離に相当する整数倍数である。例えば、５０マイクロメートル（μｍ）の周期ｐを有する周期的回折要素に対しては、この距離ｄは、８５０ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する光に対し、凡そ２．９〜３．０ミリメートル（ｍｍ）又はそれに近い値であり得る。この距離の整数倍数も同様に適切である。

２次元変調パターンが２次元正弦波関数である場合、第１タルボ面（例えばｚ_Ｔ＝２ｐ^２／λである個所）の強度パターンは次式により表すことができる：

ここに、Ｉ（ｘ，ｙ）は、所与のｘ，ｙ座標における強度、φは、波面の位相、ｐは、２次元正弦波変調パターンの周期である。

眼が被検対象物である場合、眼の瞳は記録された画像において識別することができる。同様に、コンタクトレンズ又は眼鏡レンズのようなレンズのアパーチャもはっきりと見分けることができる。例えば、画像は、網膜から散乱された光をブロックする光彩及び場合により更に眼のその他の部分に対応する暗領域を含み得る。画像は、更に、眼から出射し２次元変調パターンを貫通通過して検出器に入射し得る光が通過する瞳エリアに対応する領域を含み得る。同様に、眼鏡レンズ又はコンタクトレンズを測定する場合、暗領域はレンズの外周の外側の領域に対応し得る。レンズを通過する光は、２Ｄ変調パターンを介して、自己像面において識別され得るパターンを照明し続ける。（自己像面に合焦されカメラにより検出される生成画像は、瞳又はアパーチャ等が中央にある必要はないことを除き、図１３に類似する。）幾つかの実施例では、カメラの視野は、直径凡そ６ミリメートルの瞳により、自己像面において凡そ１２（ミリメートル）×１５ミリメートルであり得る。収差計及びレンズメータの組合せ型（ないし一体型）の実施例の場合の視野も同様であり得る。矯正レンズのようなレンズの測定に特化されたスタンドアローン型レンズメータシステムの場合は、視野はより大きく、例えば幅２０〜８０ミリメートルであり得る。

所定の好ましい実施例では、瞳又はアパーチャの位置が求められ、ゼロ化されるべき瞳又はアパーチャの外側の領域をもってマスクが作成される（第２ブロック４０４参照）。このマスクは、例えば瞳又はアパーチャの外周の外部において０でありかつ瞳又はアパーチャの内部において１である０と１の値のアレーを一例として含むデジタルフィルタを含み得る。後続するステージにおいて、このマスクは、幾つかの実施例では瞳の外側の領域からの寄与を排除するために、画像データアレーと乗算することも可能である。付加的処理を使用することもできる。例えば、幾つかの実施例では、瞳又はアパーチャは中心合せされ、場合によっては更に表示の目的でサイズ変更される。

上述しかつ第３ブロック４０６に示されているように、画像の空間周波数表現を得るために、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform FFT）又はその他の変換を適用することができる。このステップは、図１５−Ａにも模式的に示されている。４５°に配向された２次元正弦波変調パターンを介して伝播する波面のフーリエ変換表現の一例は、以下の方程式のように表される：

＋ＤＣ、及び基本周波数１／ｐの高調波においてセンタリングされているその他の幾つかの成分。

上記の方程式において、δ（）は衝撃関数（impulse function）に相当し、ｆ_ｘ、ｆ_ｙはｘ及びｙ方向に対する空間周波数である。従って、周波数空間において、画像は、２Ｄ変調パターン１０４に依存する種々異なる個所に複数の孤立ピークを含む。（４５°回転されていない変調パターンに対する）類似のピークが、図１５−Ａに模式的に示されている。ｘ方向に対しては図１５−Ｂに及びｙ方向に対しては図１５−Ｃに示されているように、これらのピークの１つが、１つの方向に沿った波面情報を得るために分離され、別の１つのピークが、他の１つの方向に沿った波面情報を得るために分離される。

尤も、所定の実施例では、フーリエ変換を実行する前又はその他の態様で画像の空間周波数表現を得る前に、図１４のブロック４０５に示されているように、後続のステージにおいてマスクされるべき領域が特定される。上述したように、例えばグリント又はその他の反射又は散乱から生じる高強度領域は、画像処理に困難（障害）を引き起こし得る。従って、所定の実施例では、位置特定された高強度領域を含む画像内の１又は２以上のエリアが特定され、後続のステージにおいてこれらのエリアを分析から排除するためにマスクが適用される。これら高強度領域の検出は、強度閾値を生成するヒストグラム分析を介して実行することができる（ブロック４０４参照）。そのようなヒストグラム分析は、例えば、検出器アレーによって得られる強度値（複数）から生成されるグレースケールヒストグラムに基づくことができる。このグレースケールヒストグラムを評価することにより、適切なグレースケール閾値を求めることができる。グレースケール閾値よりも大きい画像内のエリアは、画像の周囲の使用可能部分から区別されるべきグリント又はその他の高強度スポットとして特定される。（幾つかの実施例では、小さい強度閾値が求められ、グレースケール閾値よりも小さい画像の部分は、問題エリアとして特定されかつマスク（マスキング）のために記憶される。）これらの問題エリアを画像から排除するために使用されるピクセルマスクを生成することができる。このマスクは、上述のように瞳の外側の部分をブロックするマスクのような別のマスクと組み合わせることができる。このマスクは、後続のステージにおいて処理に適用することができる。

グリントないし高強度マスクを作成し、画像の空間周波数表現を生成した後、空間周波数マッピング内の強度ピーク（複数）が、上述のように及び図１５−Ａと図１５−Ｂに示されているように分離される。例えばｆ_ｘ及びｆ_ｙ軸上の分離（孤立）ピークの選択は、引き続きｘ及びｙ方向に対する波面の形状の求めるための、図１４のブロック４０８ａ、４０８ｂ及び４１０ａ、４１０ｂに示されている。ブロック４０８ａ、４０８ｂ及びブロック４１０ａ、４１０ｂは、図１４では、処理がＸとＹの両方に対して実行されることを示すために、分離されたＸ経路４０９ａ及びＹ経路４０９ｂに示されている。

ピーク（複数）は、一般的には、ｘ及びｙ方向に配向される２次元回折格子に対するｆ_ｘ及びｆ_ｙ軸に見いだされる。周期的回折要素が、例えばｘ及びｙ軸に対して凡そ４５°回転される場合、ピーク（複数）はｆ_ｘ及びｆ_ｙ軸から偏心する（off-center）。４５°回転された回転２Ｄ正弦波パターンに対するピーク（複数）の一例は、次式により表される：

指数項ｅ^{−ｊｐ（∂φ／∂ｘ'）}及びｅ^{−ｊｐ（∂φ／∂ｙ'）}は、周波数空間のピークを空間ドメインに逆変換することによって分離することができる。これに応じて、２次元逆フーリエ変換を、ブロック４１２ａ、４１２ｂに示されているような一対の分離ピークに適用することができる。

波面情報、例えば波面勾配∂φ／∂ｘ'及び∂φ／∂ｙ'は、複素指数｜Ｍ｜ｅ^−ｊθ（但し、｜Ｍ｜は振幅ないし底（magnitude））の位相θを得る逆正接関数（ＡｒｃＴａｎ［］）を使用して指数項から抽出することができる。（位相形態（phaser form）で表現され得る複素指数｜Ｍ｜ｅ^−ｊθと関連して参照される位相θは、波面の位相φとは区別されるべきである。ここに、複素指数の位相θは、ｐ（∂φ／∂ｘ'）及びｐ（∂φ／∂ｙ'）に等しい。）逆正接を使用することにより、位相θ、従ってブロック４１４ａ及び４１４ｂに示されているような勾配項∂φ／∂ｘ'及び∂φ／∂ｙ'を求めることができる。

ところで、逆正接関数の範囲は−πから＋πである。従って、勾配情報は、上述のように逆正接関数を実行することによって生成される勾配マッピングの一例を示す図１６（Ａ）に示されているように、これらの値に制限される。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のマップをライン１６Ｂ−１６Ｂに沿って見た断面を示す。図示のように、マッピングは、値（例えばｐ（∂φ／∂ｘ'））の範囲が−πから＋πにある複数のセクションを含む。多くの好ましい実施例では、複素位相値は、その範囲が、−πから＋πの制限された範囲を超えるように修正される。図１４のブロック４１８ａ及び４１８ｂはこの処理を表す。本書において位相アンラップアルゴリズムと称するアルゴリズムを使用することにより、−πから＋πのこの範囲を超える位相θの推移（progression）を得ることができる。多くの位相アンラッピング技術及びアルゴリズムが当業者に知られており、これらは使用することができる。所定の実施例では、例えば、位相θの変化が、例えば１つの行に沿って隣接する一対のピクセルの間で＋πよりより大きい場合、＋２πが位相値θから減算される。同様に、位相θの変化が、例えば１つの行に沿って隣接する一対のピクセルの間で−πよりより小さい（より負の（符号が負で絶対値がより大きい））場合、−２πが位相値θに加算される。同様に、このアルゴリズムを用いて、１つの行にわたる平均位相値を考慮し、かつ例えば該行に対する平均位相θの変化が＋πよりより大きい場合（又は−πよりより負の場合）、該行中の個々のピクセルに対し＋２πの減算（又は−２πの加算）をすることによって、列を削減する（down）ことができる。位相アンラッピング技術及びアルゴリズムのバリエーションも可能である。

位相アンラップ（unwrap）は、ピクセル（複数）が小さい信号対雑音値を有する場合、画像へのエラー（収差）の導入に対して影響を受けやすい。この信号対雑音比の小さい領域又は低コントラストの領域では、回折要素のエッジはぼける。この低コントラストは、例えば上述したような逆フーリエ変換によって得られる指数項ｅ^{−ｊｐ（∂φ／∂ｘ'）}の小さい振幅ないし底（magnitude）値（複素指数｜Ｍ｜ｅ^−ｊθの｜Ｍ｜）と一致する。低コントラストは、小さい信号対雑音比に対応するが、これは、位相項θにノイズがあることを意味する。位相項のノイズは、位相項θを−πから＋πの間で任意に変化させることができる。位相アンラップアルゴリズムをノイズ領域に適用すると、ノイズのある（１又は複数の）ピクセルに対してだけでなく他のピクセルに対しても同様にエラー値が生じることがあり得る。従って、このような「位相アンラップエラー」は、波面の正確な再構成を妨害する。この問題に対処するために、多くの好ましい実施例では、位相アンラップエラーを引き起こし得るノイズ含有低コントラストピクセルがマスク（マスキング）される。

図１４にブロック４１３ｂで示されているように、低コントラスト又は小さい信号対雑音比を含む画像の１又は２以上のエリアが特定され、分析に対するこれらのエリアの寄与を低減又は排除するためのマスクが作成される。ノイズ含有／低コントラストピクセルは、図１４に示されるように、逆フーリエ変換の適用後かつ位相アンラップ前又は更には位相の決定後であっても特定することができる。これらのノイズ含有領域の検出は、例えばコントラスト、ノイズ、又は信号対雑音比の閾値を生成するヒストグラム分析を介して実行することができる。このようなヒストグラム分析は、上述したように、例えば逆フーリエ変換によって得られる指数項ｅ^{−ｊｐ（∂φ／∂ｘ'）}の振幅（ないし底）値（複素指数｜Ｍ｜ｅ^−ｊθの｜Ｍ｜）に基づくことができる。このヒストグラムを評価することにより、ブロック４１３ｂに示されるような適切な閾値を求めることができる。代替的に、ヒストグラムタイプ又は対比分析から得られる閾値以外の閾値も使用することができる。閾値より小さい相応の振幅（ないし底）値を有するピクセルは、ノイズ含有として特定され、画像の周囲の使用可能部分から区別することができる。信号対雑音又はコントラストマスクと称されるピクセルマスクを生成することができるが、このピクセルマスクは、画像に対するこれらノイズ含有又は低コントラストエリアの寄与を減衰又は排除するのに使用される。このマスクは、瞳の外側の部分をブロックするマスク、又はブロック４０５に関して上述した強度閾値（又はグリント）マスクのような、ライン４１１ｂ及びサークル４１５ｂによって表されるように他のマスクと組み合わされることも可能である。

図１４のサークル４１５ｂ及び経路４１６から延びる矢印によって示されるように、処理の種々異なるステージにおいて、１又は２以上のマスクを１回又は２回以上適用することができる。多くの実施例では、例えば、マスクは、位相アンラップ（図１４のブロック４１８ａ、４１８ｂ）の前に適用することができる。本書において説明されるマスク及び／又はその他のタイプのマスクを任意に組み合わせる（結合する）ことにより、コンポジットマスクを生成することができる。サークル４１５ｂは、複数のマスクの組み合わせ（結合）を概略的に表す。所定の実施例では、マスクは、マスクされるべき領域に対しては値“０”を含みかつマスキングプロセスを実行するためにデータセットと乗算される。マスクは、その他の態様で問題エリアの影響を低減することも可能である。

図１４に示されているように、Ｘ経路４０９ａ及びＹ経路４０９ｂの両方に適用可能な幾つかのステップは、Ｙ経路に対してのみ示されている。図１４の破線ボックス４１７は、Ｘ経路４０９ａに対しても同様に実行される（繰り返される）フローチャートの部分を含む。

この処理の後、波面は、勾配情報から波面形状を求めかつｘ及びｙ成分を結合することによって、ブロック４２０によって示されるように再構成されることができる。マスクは、経路４１６からブロック４２０に延びる矢印によって同様に示されているように、このステージにおいて適用することができる。波面は、「逐次過緩和法（Successive Over-relaxation）」及び有限要素分析を含む（但しこれらに限定されない）、多元偏微分方程式を解くための既知のアルゴリズムを使用して再構成することができる。

完全に平坦な波面、即ち完全な眼又は光学要素を測定することにより得られる波面に相当する基準波面が、図１４のブロック４２２によって示されるように、測定された波面から減算される。この基準波面は、波面センサからの収差の寄与を含み、従って基準波面を差し引くと、波面センサ光学系の不完全性によってもたらされるエラーを低減することができる。

最後のブロック４２４は、波面の表現を得るために、上述したように、例えばゼルニケ多項式に適用（fitting）する（嵌め込む）最小自乗法の使用を示す。マスクは、幾つかの実施例では、経路４１６からブロック４２４に延びる矢印によって示されているように、このステージにおいても適用することができる。これに応じて、図１４のブロックダイアグラムに示されているように、マスクは、分析アルゴリズムの位相アンラップ、波面再構成、及びゼルニケ多項式適用（嵌め込み：fitting）部分（複数）から、所定の寄与を減衰し又は特定のエリアを除外するために、（１つの）ステージにおいて適用することができる。尤も、マスクは、異なる実施例では異なるステージにおいて適用することも可能である。その他のバリエーションも可能である。

本発明の所定の実施例では、波面測定システムによって生成される画像のリアルタイム又は準リアルタイム分析により、該画像中の問題を同定（特定）し、位置情報の閉ループフィードバックをＸＹＺステージ２４６に供給してイメージフレーム内で瞳の中心合せを行い、フォーカスを設定し、取り込んだ画像又は画像セットを分析して異常値（outlier）を求めた後平均化を行う。図１７のプロセスフローチャートは、両眼装置３００のような波面測定システムによって生成される画像をモニタリングするための方法（複数）を示す。これらの方法は、画像をモニタリングするための単一の方法として、又は１又は２以上の別々の方法として実施・使用することができる。一実施例では、波面の計算に使用されるべき画像を決定する方法は、データプロセッサの画像モニタリングモジュールにおいて実行される。

図１７では、状態（ステップ）１４０５において、画像（複数）は、処理のための入力として受け取られる。例えば、この画像（複数）は、波面センサ又は例えばコンピュータ記録媒体（例えばテープ、ＣＤ、ＤＶＤ、その他の光学ディスク、磁気ディスク、又はＲＡＭ）に記録された画像（複数）等の他のソースからデータプロセッサに供給可能である。状態１４１０においては、プロセスは、画像（複数）のリアルタイム又は準リアルタイム統計モニタリングを実行し、画像中における瞳の位置、瞳径、及び画像の質を求める。統計モニタリングプロセスは、センサの不正確なＸＹＺ位置調整、眼球運動、涙膜、瞬き、まつげ、グリント、アーチファクト、及び偽（仮性）又は不制御調節によって引き起こされる過誤結果を検出するための種々の画像処理技術を含む。

一実施例では、統計的モニタリング中に、プロセスは、ヒストグラム法を用いて（１つの）波面画像をセグメント化して、該画像のバックグラウンド（背景）から瞳を同定（特定）する。プロセスは、画像の特性、例えば瞳の直径、画像フレーム内における瞳の位置、及び画像が飽和スポット、ブライトスポット又はグリント（又は波面分析に有害であり得るその他の不所望の画像特性）であるかを表す値を記憶する。状態１４１５においては、プロセスは、状態１４１０の生成結果を評価して、画像が有効画像又は無効画像であるかを決定する。例えば、画像が飽和スポット、ブライトリターン又はグリントを含む場合、又はその他の態様で画像の質が低い場合、画像は無効画像であり得る。画像が無効画像である場合、プロセスは、状態１４２０に進み、その画像を分析から破棄（除外）する。状態１４２０から、プロセスは、状態１４１０に進み、上述のように続行する。

状態１４１５において画像が有効であるか否かをプロセスが評価した後、プロセスは、状態１４３０に進み、瞳の位置及び画像のフォーカス（合焦状態ないしピント）をチェックする。一実施例では、プロセスは、画像内の予め定められた所望の瞳位置（通常はその画像の中心又はその近傍）と、評価されるべき画像の実際の瞳位置（例えば状態１４１０において求められる瞳のＸＹ座標）とを対比することによって瞳位置を求める。画像内における瞳の実際位置及び画像内における瞳の所望位置を表す値が所定量だけずれていると、プロセスは、状態１４２５に進み、引き続く画像（複数）において瞳が画像「フレーム」の中心のより近くに又はその中心に存在するように、ＸＹＺステージに新たなＸ及び／又はＹ位置に移動するよう命令する。プロセスは、ステージの新たな位置に次の画像を生成し、画像を本書に記載したように処理する。画像内の瞳の位置が画像の中心から過度にずれていて、その結果、この瞳が波面測定（結果）を求めるためには使用不能である場合（例えば瞳が画像内に完全には存在しない場合）、ステージは、状態１４２５において、再位置調整され、この画像は破棄され、プロセスは状態１４１０に進み、そこで入力されてくる画像（複数）のモニタリングを続行する。画像内における瞳の位置が、当該画像が使用不能とされる量ほどずれていない場合、プロセスは、必要に応じ、状態１４２５においてステージを再位置調整することができる。この画像は破棄されず、プロセスは状態１４３５に進む。

一実施例では、プロセスは、データプロセッサ内の画像モニタリングモジュールにおいて実行されるアルゴリズムを介して画像のフォーカス（合焦状態ないしピント）を制御する。プロセスは、種々の画像処理技術を使用して、例えば画像中の高周波空間成分を分析して、結像された瞳のシャープネスを求めることにより、第１画像が合焦状態にあるか（ピントが合っているか）否かをチェックすることによって、フォーカスを制御する。第１画像が合焦状態にない（ピントが合っていない）場合、プロセスは、ＸＹＺステージのＺ軸を少量だけ１つの方向に移動して新たなＺ位置を生成する。この新たなＺ位置に第２画像が生成されるが、プロセスは、この画像を分析して、第２画像のシャープネスがより大きくなったか又はより小さくなったかを求める。第２画像のシャープネスがより大きい場合、ＸＹＺステージは従前と同じ方向に運動し続け、引き続く画像（複数）が、シャープネスに関し、１つの画像のシャープネスが所定のシャープネス閾値を通過するまで分析される。ステージ運動後に第２画像のシャープネスがより小さくなるか、非合焦状態になる（ピントが外れる）場合、プロセスは、ＸＹＺステージの方向を変化させ、ステージはこの新たな方向に移動し、その間、次の画像（複数）が生成される。ステージは、次の画像（複数）のピントが合うまで、例えばシャープネス閾値を通過するまで移動し続ける。代替的に、波面センサＸＹＺステージの２つのＺ軸位置に２つの画像を生成した後、これらの画像を対比して何れがよりシャープであるかを求めることも可能である。この対比に続いて、プロセスは、よりシャープな画像の方向にＸＹＺステージを移動している間に、別の画像（複数）を生成するが、これは、プロセスが、これら画像がフォーカス又はシャープネス閾値を通過することを確認するまで行なわれる。最初のステージ運動の後、画像のピント外れが一層悪化する場合、ステージは方向を変更し、次の画像（複数）のピントが合うまで運動し続ける。正確な波面測定の計算に画像を使用できないほどの所定量だけ画像のピントが外れている場合、この画像は破棄され、プロセスは状態１４１０に進み、上述のように続行する。

状態１４３０において有効画像のフォーカス（ピント）が許容されると、プロセスは、状態１４３５に進み、そこで１つの瞳の１又は２以上の画像、例えば一連の画像が、「画像スタック」としての、画像記憶バッファに記憶される。画像スタックは、眼の連続的な一連の画像であることも可能であるが、例えば無効画像が所々存在することによる眼の不連続的な一連の画像であることも可能である。状態１４４０では、プロセスは、患者が瞬きした後所定期間の間に生成された画像（複数）を除去することによって、患者の瞬きを補償する。この補償は、波面測定に使用される画像の品質を改善することができる。患者が瞬きした時点の検出及び瞬きを補償するための適切な画像収集タイミングの決定は、上記プロセスの出力に基づいて達成することができる。状態１４４０では、プロセスは、瞬き後の同じ時点から画像（複数）を取り込むための瞬き検出タイミングを実行する。患者が瞬きすると、画像の品質は悪くなる。なぜなら、瞳が目蓋によって部分的に又は完全に遮蔽され、その結果、画像は、例えば、上述のプロセスによって無効と判断されるからである。瞬き後のあまりにも短い時点又はあまりにも長い時点に撮像される瞳の波面画像にも、エラーは存在し得る。波面測定のエラーの原因となるものの一例としては、眼の涙膜があるが、これは典型的には瞬き後時間を経るに従って減弱し干上がる。瞬き後適切な遅延時間経過後に画像が撮像される場合、眼は安定化される機会を得る。この遅延時間は、涙膜が乾燥又は崩壊し始めるほどに長いものであるべきではない。瞬きの補償の間、プロセスは、眼が瞬きする時点間の経過時間をモニタし、眼が安定した後であってかつ干上がる前に生成された画像（複数）を選択する。

一実施例では、眼が瞬きする間に目蓋によって少なくとも部分的に遮蔽される瞳を表す画像を特定するために、一連の波面画像が分析される。この分析は、有効画像を求めるために実行される分析の一部とすることも可能であり、また、別の１つの適切な画像分析処理によって実行することも可能である。次に、この一連の波面画像は、眼が瞬きを完結した後に生成され、その結果非遮蔽瞳を表す別の１つの画像を特定するために、更に分析される。幾つかの実施例では、特定された画像は、一連の画像中の、少なくとも部分的に遮蔽された瞳を表す画像に続いて生成される非遮蔽瞳を表す第１（最初の）画像である。非遮蔽瞳を表すこの画像（例えば有効画像）、及び／又はこの第１画像に続いて生成される有効画像を記憶し、後続の処理（例えば画像間での過剰運動の決定、後分析：画像の検定（post-analysis qualification of images）、画像の平均化、及び波面測定の決定）のために使用することができる。

幾つかの実施例では、プロセスは、瞬き後の予め設定された時間間隔に基づいて更なる処理のために記憶されるべき画像を決定する。例えば、眼が瞬きしている間に撮影された一連の波面画像中に非遮蔽瞳を表す有効画像を特定した後に、タイマをスタートすることができ、この特定された画像に続いて生成される１又は２以上の画像が、瞬きが行われた後所定時間にバッファに記憶される。例えば、時間間隔は、例えば１０秒未満とすることができ、又は０．１０−０．２０、０．２０−０．３０、０．３０−０．４０、０．４０−０．５０、０．５０−０．６０、０．６０−０．７０、０．７０−０．８０、０．８０−０．９０、０．９０−１．００、１．００−１．１０、１．１０−１．２０、１．２０−１．３０、１．３０−１．４０、１．４０−１．５０、１．５０−１．６０、１．６０−１．７０、１．７０−１．８０、１．８０−１．９０、１．９０−２．００、２．００−２．１０、２．１０−２．２０、２．２０−２．３０、２．３０−２．４０、２．４０−２．５０、２．５０−２．６０、２．６０−２．７０、２．７０−２．８０、２．８０−２．９０、２．９０−３．００、３．００−３．１０、３．１０−３．２０、３．２０−３．３０、３．３０−３．４０、３．０４［３．４０］−３．５０、３．５０−３．６０、３．６０−３．７０、３．７０−３．８０、３．８０−３．９０、３．９０−４．００（単位：秒）に等しいか、又はそれらの間とすることができ、又は４．００秒よりも長くすることもできる。好ましい一実施例では、時間間隔は、凡そ１．００秒である。このプロセスの実行によって、患者は波面測定装置を覗き込みつつ普段どおりに瞬きすることができるが、データを汚染する可能性のある瞬き中、又はその直後に画像を取り込む可能性は排除される。従って、分析のために特定される画像は、瞬き後のほぼ同じ時点からのものである。タイミング基準に適合しない画像は、この分析から破棄することができる。代替的一実施例では、プロセスは、１つの画像が非遮蔽瞳を表すことを求めた（確認した）後に生成される画像の数に基づいて、更なる処理のために記憶されるべき画像を決定する。

状態１４４５に進むと、プロセスは、連続する画像中の瞳の運動が所定の基準を超えているか否かを決定するために画像（複数）を分析する。瞳は衝動性運動又は他の眼球運動に応じて運動し得る。過度の瞳運動は波面測定を損なうこともある。一実施例では、プロセスは、関連画像（複数）の記憶された画像スタックの個々の画像における瞳の記憶されたＸＹ位置を分析することにより瞳の運動の量を求め、その運動が基準を超えているか否かを求める。状態１４４５においてプロセスが瞳の過大な運動の存在を求める（確認する）と、プロセスは状態１４５０に進み、そこで、その画像は分析から破棄され、関連画像のスタック中の次の画像が分析される。状態１４４５において、プロセスが、瞳の運動が過大でないことを求める（確認する）と、その画像は、更なる処理（眼球の収差（複数）の波面測定を求めることを含む）のために使用することができる。そして、プロセスは、状態１４５５に進む。

状態１４５５では、プロセスは、更なる処理のために使用されるべき画像（複数）を画像セット又はスタックとしてのバッファに記憶するが、これらの画像は、「平均」画像を生成するために結合されるべきか否かを決定するために更に評価される。プロセスは、続いて、平均化画像から１つの波面測定（結果）を求める。画像ノイズ、例えばカメラノイズの除去に役立つよう複数の画像が平均化される。状態１４５５において、プロセスは、画像セット中の画像（複数）が、状態１４７０において平均化される前に、「同等の」画像（複数）であるか否かを求めるために、画像（複数）の更なる分析を実行する。例えば、プロセスは、瞳が円形であるか否か、又は結像された瞳中にまつ毛又は垂れ下がった目蓋のような大きな介在物が存在するか否かを決定するために、ブロブ（blob）分析を実行することができる。白内障、飛蚊症等のような画像中の不透明な異常も、画像処理技術を使用して特定することができ、次いで、これら異常を、平均化画像の生成に影響を及ぼさないようにするために、マスキング除去することができる。また、特定された異常（の存在）を検者に提示して、患者の眼に何等かの状態が存在することを検者及び患者に警告することができる。例えば、装置は、白内障の早期発見に使用することができる。この場合、白内障は、検者に表示される画像中に暗いスポットとして現れ、及び／又は白内障は、画像処理ソフトウェアにより、更なる検査を必要とする異常として特定される。

画像検定（qualification）の次に、プロセスは、状態１４６０に進み、そこで、１つのセット中の記憶された画像（複数）が平均化に対し適格性を有するか否かを決定する。画像が適格性を有する場合、プロセスは、状態１４７０に進み、そこで、画像（複数）の平均化が行われ、そして、プロセスは、結果として生じた画像を、上述したような波面特徴付けのために波面測定モジュールに供給する。一実施例では、画像の平均化は、画像セット中の個々の画像の同等のピクセル（例えば同じ眼球位置に対応するピクセル）の値を加え合わせ、画像の数で除算することによって行われる。プロセスが、状態１４６０において、画像のセットが平均化に対して適格性を有しないことを求める（確認する）と、プロセスは、状態１４６５に進み、そこで、その画像スタックが更なる処理から破棄（除外）され、次いで、プロセスは、別の一連の画像を処理するために、状態１４４０に戻る。

状態１４７５において、プロセスは、平均化プロセスから得られた画像を波面測定モジュールに供給する。状態１４８０では、波面測定モジュールは、上述したようなプロセスを用いて波面測定（結果）を求める。上述したように、タルボ像の処理は、例えば、ホルビッツ（Horwitz）に付与された米国特許第６，７８１，６８１号、表題“System and Method for Wavefront Measurement”にも記載されている。

状態１４８５では、プロセスは、波面処理画像シーケンス相関を実行する。この場合、プロセスは、（例えば２又は３以上の画像セットからの）２又は３以上の平均画像の波面同士で対比を行い、これらの波面が互いにどの程度類似しているかを求め、先行のプロセスでは特定されなかった異常を特定する。例えば、偽（仮性）調節、涙膜、及び注視角に関連する問題は、画像シーケンス相関によって求めることができる。一実施例では、波面処理画像シーケンス相関は、複数の画像スタックの各々を波面処理を介して完全に分析し、波面（複数）又はゼルニケ多項式を対比することによって実行することができる。代替的一実施例では、波面処理画像シーケンス相関は、画像の処理を行うためのフーリエ空間ステージのような、任意の中間ステージにおいて部分的に処理された画像のシーケンスに対して実行することができる。例えば、波面データを迅速に処理して、ＦＦＴ（複数）を求めることができるが、このＦＦＴ（複数）は、波面の類似性を求めるために互いに対比することができる。２又は３以上の波面の相関をとった後、状態１４９０において、プロセスは、例えば、波面データにより同定（特定）された収差を補正するために、レンズ作製又は眼球手術のための使用のために波面データを供給する。

なお、処理における種々のバリエーションも可能である。上述の処理又はその部分は、実施例に応じて、使用することも、除外することも、又は他の技術と組み合わせることも可能である。処理ステップの順序も同様に変更することができる。

有利には、本書に記載した多くのシステム及び方法は、レンズ及び／又は眼の収差を含む波面成形特性の測定に使用することができる。そのような測定は、コスト有効度が大きく、正確度が大きい装置及び方法を使用することによって実現することができる。多くの実施例では、測定装置は、アイケア及びアイウェア製造専門家の要求を充足するよう特別に構成されていると同時に、実際に入手可能でもある。従って、この装置は世界中のオフィス及び施設において採用することができる。本発明の種々の実施例は、コストの低減が可能な比較的簡単な装置構成においても実現できる。その結果、波面センサを使用する眼球測定は、アイケアの便宜のために広く使用される技術であり得る。本発明の装置は、極めて広範な患者群に、とりわけ子供の視覚（視力）問題及び異常性の診断に、使用することができる。

高次収差（複数）もこの波面センサ技術によって測定することができる。そのような高次収差（複数）は、レンズの製造プロセスによって生成し得る。従って、これら高次収差（複数）に関する知識は、改善された視覚補正（視力矯正）を実現するために有益であり得る。眼の高次収差（複数）の知識も、より良好な補正（矯正）を提供するうえで有益であり得る。

本書に開示された多くの技術及び構成は、更に、光学測定の正確度（accuracy）、精密度（precision）、及びダイナミックレンジを増大することができる。例えば、照明及びフィルタリング技術は、得られた結果の改善のために使用することができる。

なお、上記の装置及び方法は、単なる例に過ぎない。従って、使用される構造及びプロセスは、本書に特別に説明した実施例に限定されるべきではない。例えば、構造は、付加的又は異なる要素を含むことができ、本書に説明した特徴をすべては含まないこともあり得る。処理を追加することも可能であり、或いは、処理を除外又はその他の態様で変更することも可能である。プロセスの順序も変更することができる。

更に、上述の方法及び構成が更なる適用を有すること、及び関連する適用が特に上記したものに限定されないことは、当業者であれば理解できる。本発明は、別の特別の形態で、本書に説明したような種々の特徴を逸脱しない範囲において、他の特殊な形態で実施することができる。上述の実施例は、すべての側面において単なる説明のためのものと解すべきであり、如何なる意味においても限定的に解すべきではない。

例えば眼鏡レンズ又はコンタクトレンズのような光学レンズの屈折特性の測定及び特徴付け（性質決定）のためのシステムの一例の概略図。 図１のシステムで使用されるチェス盤状（市松模様状）周期的回折要素パターンの一例の正面図。 ２次元正弦波状周期的回折要素パターンの一例の正面図。 図１のシステムで使用可能な周期的回折要素パターンの別の実施例の正面図。 ヌルレンズを含むレンズの屈折特性の測定及び特徴付け（性質決定）のためのシステムの一例の概略図。 人眼の屈折特性の測定及び眼鏡レンズの測定のために構成可能な装置の一例の一部の斜視図。 眼の屈折特性の特徴付け（性質決定）のための眼球測定システムとして構成された図６の光学的装置の概略図。 眼鏡レンズ及び人眼の屈折特性の測定のために構成可能な装置の外観の全体の斜視図。 （Ａ）〜（Ｄ）は、眼を照明するための本発明の種々の実施例の説明のための概略図。 眼鏡レンズ測定装置を構成するためアダプタの一例の斜視図。 眼鏡レンズ測定装置を構成するためアダプタの一例の斜視図。 レンズメータとして構成された光学装置の概略図。 レンズ上のグリントと、スクラッチ傷からの散乱と、低コントラスト領域が示されている、タルボ面に合焦されるカメラによって得られた変調パターン及びレンズの画像の一例。 波面センサからのデータの処理の一例を説明するブロック図。 自己像面に生成された画像を、当該自己像面における波面に対応する勾配（gradient）情報に変換するための方法の一例を示す概略図。 自己像面に生成された画像を、当該自己像面における波面に対応する勾配（gradient）情報に変換するための方法の一例を示す概略図。 自己像面に生成された画像を、当該自己像面における波面に対応する勾配（gradient）情報に変換するための方法の一例を示す概略図。 （Ａ）は、位相アンラップ処理前に、図１４に示した処理によって抽出された波面の勾配の３次元プロットの概略図。（Ｂ）は、位相アンラップ処理前における、図１６（Ａ）のプロットのライン１６Ｂ−１６Ｂに沿った断面を、値範囲−πから＋πで示したもの。 付加的波面画像処理（プロセス）の例を示すフローチャート。

Claims (38)

1. 矯正レンズの少なくとも一部分にわたり該矯正レンズの波面成形特性を測定するためのレンズメータであって、
   光を放射する光源；
   前記光源から光を受光しかつ測定されるべき前記矯正レンズの前記部分と少なくとも同じ大きさのビームサイズを有する光ビームを出力するビーム調整光学系であって、該光ビームが該矯正レンズを貫通して伝播するよう該光源、該ビーム調整光学系、及び該矯正レンズが１つの光路に沿って配置されるように構成されるビーム調整光学系；及び
   前記光ビームが矯正レンズを貫通通過した後、該光ビームを受け取るよう前記光路に配置されるタルボ面自己結像波面センサであって、前記矯正レンズの波面成形特性を求めるために使用可能に構成されるタルボ面自己結像波面センサ
   を含むこと
   を特徴とするレンズメータ。
2. 前記ビーム調整光学系は、前記光ビームの横方向空間範囲を増大するためのビーム拡開器を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のレンズメータ。
3. 前記ビーム調整光学系は、直径凡そ２０〜８０ミリメートルのビームサイズを供給すること
   を特徴とする請求項２に記載のレンズメータ。
4. 前記ビーム調整光学系は、幅凡そ４５〜６５ミリメートル及び高さ凡そ２０〜６５ミリメートルのビームサイズを供給すること
   を特徴とする請求項２に記載のレンズメータ。
5. 前記ビーム調整光学系は、実質的にコリメートされたビームを生成するためのコリメート光学系を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のレンズメータ。
6. 前記矯正レンズからタルボ面自己結像波面センサへの逆反射を低減するために、前記矯正レンズ上に照明の低減された領域を生成するための、前記光路に配置される遮断装置を更に含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のレンズメータ。
7. 前記遮断装置は、前記矯正レンズに入射する前記光ビームに中央食部を生成するための、前記光路中に中央遮断要素を有すること
   を特徴とする請求項６に記載のレンズメータ。
8. 更に、前記光路にヌル光学系を含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のレンズメータ。
9. 矯正レンズの少なくとも一部にわたり該矯正レンズの波面成形特性を測定する方法であって、
   前記矯正レンズを貫通してビームを伝播すること；
   前記矯正レンズを貫通通過した前記ビームを、少なくとも１つの２次元変調パターンを貫通して伝播させるとともに、これによって、タルボ面に近視野回折パターンを生成すること；
   前記近視野回折パターンを前記タルボ面に結像すること；及び
   少なくとも部分的に前記近視野回折パターンに基づいて前記矯正レンズの前記波面成形特性の測定（結果）を求めること
   を含むこと
   を特徴とする方法。
10. 前記ビームは、測定されるべき前記矯正レンズの前記一部と少なくとも同じ大きさのビームサイズを有すること
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ビームサイズが測定されるべき前記矯正レンズの前記一部と少なくとも同じ大きさであるように前記ビームを拡開すること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記ビーム幅が凡そ１０〜２０ミリメートルから凡そ２０〜８０ミリメートルに増大されるように、前記ビームは拡開されること
    を特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記ビームは、該ビームが前記矯正レンズを貫通通過する前に拡開されること
    を特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記ビームを拡開する前に、
    前記ビームを、前記矯正光学系を貫通して伝播させること；及び
    前記ビームを、拡散的反射面から反射させること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記ビームは、該ビームが拡開された後に、前記矯正レンズを貫通して伝播すること
    を特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記ビームが前記矯正レンズを貫通通過する前に、前記ビームをコリメートすること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
17. 波面成形特性の前記測定に応じて前記矯正レンズを再成形すること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
18. 前記矯正レンズを前記ビームの前記光路から除去すること、及び角膜、瞳及び水晶体を有する眼を測定すること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
19. 前記矯正レンズを所定位置に保持するレンズホルダを移動すること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記眼に入射する前記ビームが前記眼の前記瞳よりも小さくなるように、ビーム拡開要素を再配置すること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. 前記矯正レンズがユーザによって装着されているとき、前記ビームが該ユーザの眼に入射するよう、前記ビームは、前記矯正レンズを貫通して伝播すること
    を特徴とする請求項１８に記載の方法。
22. 前記角膜から反射される前記ビームからの光が、所定の角度で前記角膜から反射されるように、前記ビームを前記眼に対して横方向に変位し、これによって、前記眼の前記波面成形特性の前記測定のエラーを減少すること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項１８に記載の方法。
23. 前記ビームに暗領域を導入すること、該暗領域は、逆反射を低減するように前記眼に対して配置されること
    を更に含むこと
    を特徴とする請求項１８に記載の方法。
24. 前記ビームは、実質的に環状の強度断面を有すること
    を特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 矯正レンズと眼を含む群から選択される被検対象の屈折特性を測定するためのレンズメータ／眼球検査組合せ型測定システムであって、
    光ビームを第１光路に沿って前記被検対象に放射する光源；
    前記被検対象が矯正レンズを含むか又は眼を含むかに基づいて、ビームの１又は２以上の特性を変化するビーム調整光学系；
    測定のために、前記被検対象を前記ビームにおいて位置調整する支持構造体；及び
    前記被検対象から光を受光し、該被検対象から受け取った光学的波面を測定するように配置される波面センサ
    を含むこと
    を特徴とするシステム。
26. 前記ビーム調整光学系は、ビーム拡開器を含むこと
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
27. 前記支持構造体は、額受を含むこと
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
28. 前記支持構造体は、眼鏡を支持するための眼鏡支持部を有すること
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
29. 前記光源、前記矯正レンズ、及び前記波面センサは、１つの光路に配置され、
    前記矯正レンズは、前記矯正レンズに入射しかつ該矯正レンズから反射される前記光ビームからの光が、タルボ自己結像波面センサに到達しないように、前記光路の前記光源と前記波面センサとの間に配置されること
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
30. 前記ビーム調整光学系は、眼の波面成形特性の測定を容易にするために調整可能であること
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
31. 前記ビーム調整光学系は、拡散的反射性面及び屈折性面を含み、
    前記屈折性面は、前記ビームを拡開するよう構成され、
    前記拡散的反射性面は、前記光源からの光を受け取り、及び該光を前記屈折性面を介して前記矯正レンズに反射するよう、前記光源、前記屈折性面及び前記矯正レンズに対して配置されること
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
32. 前記眼鏡ホルダは、眼の波面成形特性の測定を容易にするために着脱可能であること
    を特徴とする請求項２５に記載のシステム。
33. 波面の波面成形特性を測定する方法であって、
    少なくとも１つの２次元変調パターンを貫通して波面を伝播し、これによって、該２次元変調パターンの自己像面に自己像を生成すること；
    前記自己像面の（１つの）画像を生成すること；
    前記自己像面の前記画像の部分（複数）からの寄与（複数）を、該画像の該部分（複数）の（１つの）特性と、（１つの）閾値との対比に基づいて低減すること；及び
    少なくとも部分的に前記自己像面の前記画像に基づいて前記波面の測定（結果）を求めること
    を含むこと
    を特徴とする方法。
34. 前記特性は、強度であること、及び
    前記自己像面における前記画像の、強度閾値レベルよりも大きい強度を有する部分（複数）からの寄与（複数）を減少することを更に含むこと
    を特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. 前記寄与（複数）を減少することは、該寄与（複数）を実質的に除去すること
    を含むこと
    を特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 前記特性は、強度であること、
    前記自己像面における前記画像の、強度閾値レベルよりも小さい強度を有する部分（複数）からの寄与（複数）を減少することを更に含むこと
    を特徴とする請求項３３に記載の方法。
37. 前記特性は、信号対雑音比であること、
    前記自己像面における前記画像の、信号対雑音比閾値レベルよりも小さい信号対雑音比を有する部分（複数）からの寄与（複数）を減少することを更に含むこと
    を特徴とする請求項３３に記載の方法。
38. 前記寄与を減少することは、該寄与を実質的に除去すること
    を含むこと
    を特徴とする請求項３７に記載の方法。

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