JP5996120B2 - 広ジオプトリー範囲のリアルタイムシーケンシャル波面センサーを操作するための装置および方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2012年11月7日に出願された、「Apparatus and Method for Operating a Real Time Large Diopter Range Sequential Wavefront Sensor」と題する米国仮特許出願第61/723,531号からの優先権を主張するものである。

発明の技術分野
本発明の1つまたは複数の態様は、全般的に、視力矯正手技での使用のための波面センサーに関する。特に、本発明は、リアルタイムシーケンシャル波面センサーおよび該波面センサーと関連する他のサブアセンブリーのデータを駆動し、制御し、かつ処理するための電子機器およびアルゴリズムに関する。

発明の背景
ヒト眼波面の特徴付けのための従来の波面センサーは、概して、室内照明を弱めるかまたはオフにした状態で患者の眼波面の1つのスナップ写真または幾つかのスナップ写真を撮るように設計されている。これらの波面センサーは、一般に、波面データを取り込むためにCCDまたはCMOSイメージセンサーを使用し、波面収差を解明するために比較的複雑なデータ処理アルゴリズムを使用する必要がある。CCDまたはCMOSイメージセンサーが、概して限られた数のグレースケールを有し、かつ1/fノイズ範囲を十分に上回るフレームレートでの操作がなされ得ないという事実に起因して、これらの波面センサーは、ロックイン検出スキームを最大限に活用してより高い信号対ノイズ比を提供するといったことができない。それらは、単純なアルゴリズムを使用して波面収差を迅速に導き出すことができない。結果として、これらの波面センサーが手術用顕微鏡のような眼科デバイスと一体化されているとき、それらは概して、正確で/再現性のあるリアルタイム波面収差測定を、特に顕微鏡の照明光をオンにした状態で、提供することができない。

当技術分野において、リアルタイム波面測定および表示を実現するだけでなく、前述したものを含む種々の問題に取り組むための、装置および方法が必要とされている。

1つまたは複数の態様は、当技術分野における上記で特定した必要性の1つまたは複数を満たすものである。特に、一態様は、種々の機能を達成するためにリアルタイムシーケンシャル波面センサーのデータを駆動し、制御し、かつ処理するための、関連するアルゴリズムおよびソフトウェアと一緒になった電子制御および駆動回路である。

回路は、象限フォトダイオード/検出器/セル/センサーまたは横効果型位置感知検出器などの光電子位置感知検出器/デバイス（PSD）、トランスインピーダンス増幅器、アナログ-デジタル（A/D）変換器、プログラマブル利得制御を有するデジタル増幅器、スーパールミネッセントダイオード（SLDまたはSLED）およびその駆動回路、波面スキャニング/シフティングデバイスおよびその駆動回路、ならびにフロントエンドデータ処理ユニット（例えばプロセッサー、マイクロコントローラー、PGA、プログラマブルデバイス）を含む。加えて、波面が測定されている眼のライブビデオ画像を提供するために、カメラが使用される。さらに、臨床眼科情報を、患者の眼のライブ画像と重ね合わせてまたは並べて表示するために、フロントエンド処理ユニットからのシーケンシャルな波面データを変換すべくバックエンドデータ処理ユニットが使用される。回路（フロントエンドおよび/またはバックエンド）は、例えば眼横方向位置測定デバイス、眼距離測定デバイス、調節可能な眼固視標、データ記憶デバイス、レーザーベースの外科用切除デバイス、およびディスプレーデバイスを含む各デバイスの連係作動のための何らかの方法で、1つまたは複数の種々のデバイスに電子的に接続され得る。

別の態様において、較正/検証を行うことができるように、波面センサーモジュールの外部または内部のいずれかから基準波面が作り出される。独特の特徴は、無水晶体眼からの波面をシミュレートする波面センサーモジュールの内部での基準波面の作成である。この較正/検証は、視力矯正手技の前、間、および後に行うことができ、いくつかの目的にかなうように使用され得る。1つの目的は、眼からの波面を作り出すために患者の眼の中に向けられるSLDビームが、波面センサー光学系または眼の瞳孔のいずれかに対して十分に（例えば所望の軸外れ距離内に）整列されているかどうかをチェックすることである。別の目的は、整列が許容差範囲内であることを確かめるために、波面センサーモジュール内部の光学素子の光学的完全性および整列をモニターすることである。さらに別の目的は、例えば温度変化などの環境要因の結果として光学素子のわずかな整列ずれから生じる固有の光学系収差（特定の許容差内の）を、波面分析/計算において考慮に入れることができるように、位置感知デバイス/検知器（PSD）上に基準像スポット位置を確立することである。そうすることで、固有の光学系収差をあらかじめ測定しておくことができ、測定した全体の収差からこれを差し引くことができる。同様に重要なこととして、さらに別の目的は、ガイダンスおよび/またはフィードバックを提供する前に性能を確認または検証することである。

別の態様は、対象の眼を照明すべく光ビームを出力するように構成された光源と；各検出器素子における入射光の信号強度を示す複数の出力信号を出力するように構成された複数の検出器素子を有する位置敏感型検出器と；対象の眼が光源によって照明されたときに対象の眼から戻された波面ビームを遮断するように構成され、かつ対象の眼からの波面の一部分をアパーチャを通して検出器に向けるように構成された第1のビーム偏向素子であって、アパーチャを通して向けられた波面の部分が検出器上にスポットを形成し、かつ検出器における基準点からのスポットのセントロイドの偏向の大きさが、出力信号強度のレシオメトリックな組み合わせによっておおよそ示され、かつ偏向の大きさが、平面波からの波面の部分のチルトまたは収束または発散の程度を示す、第1のビーム偏向素子と；対象の眼から戻された波面と等価でありかつ平面波からの収束または発散の特定の程度を有する較正波面を発生させるように構成された基準波面発生器であって、位置感知検出器における較正波面のセントロイドの偏向が、特定の収束または発散に対する実際のセントロイド偏向である、基準波面発生器と；光源、ビーム偏向素子、および位置敏感型検出器に連結され、基準点を基準として位置敏感型検出器上に較正波面の環状リング部の部分を向けるように波面ビームを偏向させるべくビーム偏向素子を制御するように構成され、かつ平面波からの収束または発散の特定の程度での実際のセントロイド偏向と、出力信号強度のレシオメトリックな組み合わせによって示されたおおよその偏向とを比較して、対象の眼から戻された波面の偏向を計算するときにレシオメトリックな組み合わせに適用される補正項を計算するようにさらに構成された処理ユニットとを含む、波面センサーである。

本発明のこれらおよび他の特徴および優位点は、添付の図面と併せて好ましい態様の以下の詳細な説明を考察すると当業者にはより容易に明らかとなるであろう。

手術用顕微鏡と一体化された広ジオプトリー範囲のリアルタイムシーケンシャル波面センサーの光学的配置の一例示的態様を示す。 図1における波面センサーの光学素子とインターフェースで接続している電子機器の一例示的態様を示しており、それらの潜在的にアクティブなデバイスは電子制御回路に接続される。 眼が横方向に動き、かつ対応する変更が波面サンプリングスキームに加えられない場合、角膜面上の波面サンプリング領域に何が起こるかを示す。 たとえ眼が横方向に動いたとしても、波面ビームスキャナーをDCオフセットすることによって、どのように眼の横方向の動きを補償し、ゆえに適切に中心に置かれた同じ環状リングをスキャンし続けることができるのかを示す。 眼が、設計上の位置から軸方向に動いた場合、測定される波面または屈折異常に何が起こるかを図示する。 シーケンシャル波面センサーならびに図1および2に示された関連デバイスを制御し、かつ駆動する、電子機器システムの一例示的態様の全体のブロック線図を示す。 フロントエンド電子処理システム、ならびにシーケンシャル波面センサーモジュール内部に存在するライブ撮像カメラ、ならびに図6に示されたホストコンピューターおよびディスプレーモジュール内に存在するバックエンド電子処理システムの、一例示的態様のブロック線図を示す。 内部較正および/または検証のための1つまたは複数の基準波面を作り出すために、波面リレービーム路内に動かされ得る、例示的内部較正標的を示す。 信号対ノイズ比を最適化するために、自動SLD索引およびデジタル利得制御のタスクを達成する電子機器ブロック線図の一態様を示す。 最初に中心に到着する光の像スポット、および次に中心からわずかに離れて到着する像スポットを有する象限検出器を示す。 平面状の波面、デフォーカスおよび非点収差の多くの代表的な状況、サブ波面集束レンズの後ろにある象限検出器上の関連する像スポット位置、ならびにモニター上の2Dデータ点パターンとして表示されるときの、対応するセントロイド位置のシーケンシャルな移動を示す。 可変利得増幅器の利得およびSLD出力を変えることによって、信号対ノイズ比を最適化する際の一例示的プロセスフローブロック線図を示す。 図9の位置感知検出器回路において使用されるように、4象限フォトダイオードのうちのいずれか一つからの信号を増幅するために使用され得る、ロックイン検出を用いる複合トランスインピーダンス増幅器の一例示的態様を示す。 ロックイン検出回路を備えた従来のトランスインピーダンス増幅器の組み合わせの一例示的態様を示す。 SLDパルスが発射されるとき波面全体が下方にシフトされるようにMEMSスキャンミラーが方向付けられる状況を示す。この状況では、アパーチャは、円形波面セクションの上部の部分をサンプリングする。 アパーチャが円形波面セクションの右の部分をサンプリングするように、SLDパルスが発射されるとき波面が左方向にシフトされる状況を示す。 アパーチャが円形波面セクションの底部の部分をサンプリングするように、SLDパルスが発射されるとき波面が上方にシフトされる状況を示す。 アパーチャが円形波面セクションの左の部分をサンプリングするように、SLDパルスが発射されるとき波面が右方向にシフトされる状況を示す。 1サイクルにつき4つのパルスのシーケンシャルスキャニングシーケンスが、リング状に配列された4つの検出器で波面セクションをサンプリングすることと等価であることを描写する。 MEMSスキャナーのXおよびY軸に対する8つのSLDパルス発射の位置を示しており、8つのパルスのうち4つの奇数または偶数の番号が付けられたパルスがMEMSスキャナーのXおよびY軸と整列され、その他の4つのパルスは、X軸とY軸との間のリング上の中間に配列されている。 最初に、図13Fに示されるように波面スキャナーのXおよびY軸と整列した4つのSLDパルス発射位置が、SLDパルスをわずかに遅延させることによって、XおよびY軸から15°離れるようにシフトされている、一例を示す。 第一のフレーム上で0°、第二のフレーム上で15°、および第三のフレーム上で30°のオフセット角度で波面をサンプリングする集合効果を示す。 PSDレシオメトリック推定値とX軸またはY軸のいずれかに沿う実際のセントロイド変位または位置との間の理論上決定される関係の一例を示す。 修正された関係を得るため、およびより正確な波面収差測定をもたらすために、較正がどのように実施され得るかを説明する例示的フローダイヤグラムを示す。 三角法の式（ここで、U(t)=a・cos(t)およびV(t)=b・sin(t)、a＞b＞0）を使用したシーケンシャル楕円のグラフィカル表現を示しており、U-Vデカルト座標の第一象限内の点（U(t₀)，V(t₀)）で反時計回りに回転する楕円をもたらす。 三角法の式（ここで、U(t)=-a・cos(t)、V(t)=-b・sin(t)、a＞b＞0）を使用した同様のシーケンシャル楕円の対応するグラフィカル表現を示しており、U-Vデカルト座標の第三象限内の点（U(t₀)，V(t₀)）で反時計回りに回転する楕円をもたらす。 三角法の式（ここで、U(t)=a・cos(t)、V(t)=-b・sin(t)、a＞b＞0）を使用した同様のシーケンシャル楕円の対応するグラフィカル表現を示しており、U-Vデカルト座標の第四象限内の点（U(t₀)，V(t₀)）で時計回りに回転する楕円をもたらす。 三角法の式（ここで、U(t)=-a・cos(t)、V(t)=b・sin(t)、a＞b＞0）を使用した同様のシーケンシャル楕円の対応するグラフィカル表現を示しており、U-Vデカルト座標の第二象限内の点（U(t₀)，V(t₀)）で時計回りに回転する楕円をもたらす。 発散球面波面およびもたらされたデータ点の位置および極性から予想されるシーケンシャルセントロイドデータ点の一例を示す。 収束球面波面およびもたらされたデータ点の位置および極性から予想されるシーケンシャルセントロイドデータ点の別の例を示す。 元のX-Y座標から平行移動したXtr-Ytr座標への、およびさらに回転してU-V座標への、シーケンシャル楕円に当てはめられる8つのシーケンシャルにサンプリングされたセントロイドデータ点の、デカルト座標の平行移動および回転を示す。 座標回転変換の結果、およびU-V座標上の8つのセントロイドデータ点を示しており、左側は、正の長軸および短軸を有する発散球面波面に対応し、右側は、負の長軸および短軸を有する収束球面波面に対応する。 球面および円柱ジオプトリー値および円柱軸角度をデコードする際の、一例示的態様のプロセスフローダイヤグラムを示す。 眼追跡アルゴリズムの例示的プロセスフローダイヤグラムを示す。 最大波面サンプリング環状リング直径を決定するため、および偽水晶体測定のためのより良いジオプトリー解像度を得るためにライブの眼画像を使用する概念を示す例示的プロセスフローダイヤグラムを示す。 SLDがオフにされ得、かつ誤った「明」または「暗」波面データが破棄され得るように、波面リレービーム路内に意図されない物体の存在または眼が所望の位置範囲から離れたことを検出すべく、ライブの眼画像および/または波面センサー信号のいずれかを使用することの概念を図示する例示的プロセスフローダイヤグラムを示す。

発明の詳細な説明
ここで、本発明の種々の態様を詳細に言及する。これらの態様の例は、添付の図面に図示される。本発明は、これらの態様と共に説明されるが、本発明をいかなる態様にも限定する意図はないことが理解されるであろう。それどころか、添付の特許請求の範囲によって定義されるとおりの本発明の精神および範囲の範囲内に含まれ得るような代替物、変更物および同等物を含むことが意図される。以下の説明において、多数の具体的な詳細が、種々の態様の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、本発明は、これらの具体的な詳細の幾つかまたは全てを行わずに実践されてもよい。他の例では、周知のプロセス操作は、本発明を不必要に不明瞭にせず、本発明に限定も与えないために、詳細に説明されていない。さらに、本明細書中の種々の場所での語句「例示的態様」の各出現は、必ずしも同じ例示的態様を指すものではない。

ヒト眼の波面収差の測定のために使用される典型的な波面センサーでは、眼の瞳孔または角膜面からの波面は、概して、周知の4-Fリレー原理を1回または複数回使用して、波面感知またはサンプリング面へリレーされる（例えば、J. Liang, et al. (1994) "Objective measurement of the wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor," J. Opt. Soc. Am. A 11, 1949-1957; J. J. Widiker, et al. (2006) "High-speed Shack-Hartmann wavefront sensor design with commercial off-the-shelf optics," Applied Optics, 45(2), 383-395; US7654672を参照されたい）。そのような単一または複数の4-Fリレーシステムは、入射波面の位相情報を保存すると同時に、それが有害な波及効果なくリレーされることを可能にする。加えて、4-Fリレーを実現するために異なる焦点距離の2個のレンズを使用して無限焦点撮像システムを構成することによって、そのリレーは、入射波面の発散または収束の関連する縮小または拡大を用いて、入射波面の拡大または縮小を可能にすることができる（例えば、J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 2^nd ed. McGraw-Hill, 1996を参照されたい）。

近年、LRI/AKリファイメント（LRI/AK refinement）、レーザー・エンハンスメント（Laser Enhancement）、および白内障/屈折手術のような種々の視力矯正手技のためにライブのフィードバックを提供するための、リアルタイム波面センサーの必要性があることが理解されている。これらの手技に関して、通常の外科手術に対するいかなる干渉も、特に、手術用顕微鏡の照明光をオフにすること、および波面データ取得および処理のための待機期間は、望ましくないことが理解されている。執刀医は、視力矯正手技を通常実施している最中に、リアルタイムフィードバックが彼らに提供されることを望んでいる。加えて、大部分の執刀医はまた、連続的に表示されるリアルタイム波面測定結果を、眼のリアルタイムビデオ表示/動画と同期させて、それに重ね合わせるか、またはその隣に並べて表示して、その重ねられたまたは並べて表示された波面測定結果が、質的方法または量的方法または質的/量的複合方法で示されることを好む。別の主な問題は、波面がリアルタイムで測定されている間の、視力矯正外科手技中の波面センサーに対する眼の動きである。以前の波面センサーは、眼の動きを補償する手段を提供せず；それどころか、意味のある波面測定のためには、眼を波面センサーに対して再整列することが必要となる。

本特許出願と同じ譲渡人に譲渡された同時係属特許出願（US20120026466）において、視力矯正手技の間に遭遇する問題に取り組むのに特に適する、広ジオプトリー範囲のシーケンシャル波面センサーが開示されている。多くの光学設計/配置の可能性の詳細が、その同時係属特許出願において開示されているが、そのような広ジオプトリー範囲のシーケンシャル波面センサーを操作するための電子機器制御およびデータ処理の詳細は、開示されていない。異なるサブアセンブリーの追加の測定能力は、詳細には論じられていない。本開示において、電子機器制御および駆動局面の種々の特徴ならびに種々の機能を達成するための関連するアルゴリズムが開示される。

本発明の1つまたは複数の態様によれば、高精度の波面測定を達成するための関連アルゴリズムに関連付けられたロックイン検出電子機器システムが開示される。電子機器システムは、その電子信号を光電子位置感知デバイス/検出器から得て；それは、複合トランスインピーダンス増幅器でアナログ信号を増幅し、A/D変換器を介してアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル増幅器を介してデジタル信号を増幅して、データ処理ユニットを介してデータを処理する。電子機器システムは、異なる機能性を達成するために、波面センサーモジュールのそれら電子的にアクティブなデバイスの幾つかまたはすべてに接続される。これらアクティブデバイスの例は、測定されるべき物体波面を生成するためのスーパールミネッセントダイオード（SLD）のような光源、SLDビーム集束および/またはステアリングモジュール、MEMSスキャンミラーのような波面スキャニング/シフティングデバイス、眼の瞳孔の横方向位置および距離感知/測定デバイス、眼固視標、種々の焦点可変アクティブレンズ、1つまたは複数のデータ処理および記憶デバイス、エンドユーザーが使用可能な入力デバイス、およびディスプレーデバイスを含む。

図1は、手術用顕微鏡と一体化された、広ジオプトリー範囲のリアルタイムシーケンシャル波面センサーの光学的配置の一例示的態様を示し、図2は、図1の波面センサー配置の電子機器接続バージョンを示しており、それらの潜在的にアクティブなデバイスは電子機器システムに接続されている。

図1および2の態様において、8-F波面リレーの第一のレンズ104/204は、波面センサーモジュールの一番最初の光入力ポートに配列される。第一のレンズ104/204は、手術用顕微鏡および波面センサーモジュールによって共同使用される。この8-F波面リレーの第一のレンズ104/204を患者の眼のできるだけ近くに配列することの利点は、この第一のレンズの設計上の焦点距離が8-F波面リレーの要求に従って最短となることができ、したがって波面センサーの全光路長を最短にできるということである。これを波面リレービーム路の折畳みと組み合わせて、波面センサーモジュールをコンパクトにすることができる。加えて、同じ直径だが光ビーム路のさらに下流に配列されたレンズと比較すると、眼からの波面のより広いジオプトリー測定範囲を達成することができる。さらに、波面センサーがこの場所で光学窓を有する必要性が常にあるので、したがって、レンズは窓と波面リレーシステムのためおよび顕微鏡のための第一のレンズとの両方の二重の目的を果たすことができる。なお、第一のレンズ104/204はまた、ダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261の後ろに配列され得ることに留意すべきである。

図1および2に示されるダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261は、可視光の大部分（例えば約85％）が通過するのを許容しながら、近赤外線波面リレービーム（スーパールミネッセントダイオードすなわちSLD 172/272の少なくとも光スペクトル領域を含む）を残りの波面センサーモジュールに高効率で反射する/偏向させるために使用される。ダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261は、患者の眼の前側の鮮明なライブ画像がイメージセンサー162/262によって取得され得るように、SLDスペクトル領域外の可視光および/または近赤外光の一部分が反射される/偏向されることを可能にするように設計され得る。

ダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261の上の補償レンズ102/202は、幾つかの機能を果たすために使用される。第一に、手術用顕微鏡によって執刀医に提供される形成されるべき手術の視界が、8-F波面リレーの第一のレンズ104/204の使用のせいで影響を受けることがないことを確実にするために、この補償レンズ102/202は、顕微鏡の視界に対して第一のレンズ104/204の影響を補償するように設計され得る。第二に、補償レンズ102/202は、波面センサーモジュールを密封するために必要とされ得る、上方の光学窓として役立つことができる。補償レンズ102/202の第三の機能は、照明ビームがレンズ104/204に当たるときに、レンズ104/204からの正反射が、手術用顕微鏡の2つの立体視路に戻るように向けられて手術場面の執刀医の視界を妨げることがないように、手術用顕微鏡からの照明ビームを光軸から離れるように向けることである。最後に、補償レンズ102/202はまた、光の可視スペクトルのみが透過して、光の近赤外および紫外スペクトルを反射および/または吸収することを可能とするように、コーティングされ得る。このように、顕微鏡照明源からのSLDスペクトルに対応する光の近赤外スペクトル部分は、波面センサーモジュールに進入して位置感知デバイス/検出器を飽和させるかまたはバックグラウンドノイズを作り出すかのいずれかを行う可能性がある、眼から戻される任意の近赤外バックグラウンド光を作り出すように患者の眼に到着することはない。一方で、コーティングはまた、顕微鏡の照明源からのいかなる紫外線も阻止するかまたは吸収することができる。しかしながら、第一のレンズがダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261の後ろに配列されるのであれば、補償レンズの必要性はなく、ある特定の波長のフィルタリング機能を有する窓で十分であることに留意すべきである。

図1および2において、眼からの波面は、波面サンプリングアパーチャ118/218が配置されている、8-Fの下流の波面サンプリング像平面にリレーされる。波面リレーは、2つのカスケード式4-Fリレー段階、または第一のレンズ104/204に加えて、第二のレンズ116/216、第三のレンズ140/240および第四のレンズ142/242を含む8-F波面リレーを使用して達成される。波面リレービーム路は、波面センサーモジュールをコンパクトにするために、偏光ビームスプリッター（PBS）174/274、ミラー152/252およびMEMSビームスキャニング/シフティング/偏向ミラー112/212によって折り畳まれる。波面リレービーム路に沿って、帯域通過フィルター176/276は、SLDスペクトル外の任意の光をフィルターで除去してバックグラウンドノイズを減少させるために、ダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261と象限検出器122/222との間のどこかに配列され得る。加えて、アパーチャ177/277は、眼からの光線の円錐角を、ゆえに眼からの波面のジオプトリー測定範囲を、所望範囲に制限する機能を果たすため、および第二のフーリエ変換面に配置されるMEMSスキャナー112/212のミラー表面領域の外に光が到着するのを防ぐために、PBS 174/274とミラー152/252との間の第一のフーリエ変換面に配列され得る。

MEMSスキャンミラー112/212は、最終波面像平面でのリレーされた波面が波面サンプリングアパーチャ118/218に対して横方向にシフトされ得るように、物体波を角度スキャンするために、8-F波面リレーの第二のフーリエ変換面に配置される。波面サンプリングアパーチャ118/218は、固定サイズまたはアクティブ可変アパーチャであり得る。アパーチャ118/218の後ろのサブ波面集束レンズ120/220は、位置感知デバイス/検出器（PSD）122/222（象限検出器/センサーまたは横効果型位置感知検出器など）の上に、シーケンシャルにサンプリングされたサブ波面を集束させる。電子機器システムは、SLD 172/272、波面シフティングMEMSスキャンミラー112/212およびPSD 122/222に少なくとも接続されて、SLDをパルスさせ、MEMSミラーをスキャンし、ロックイン検出が実現され得るように同期してPSDからの信号を収集することができることに留意すべきである。

この点で、図1および2において、波面リレーの第一のレンズが波面センサーモジュールまたはエンクロージャーの入力ポート場所に配列されているが、こうである必要はないことに留意すべきである。第一のレンズ104/204は、ダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261の後ろに配列され得、ガラス窓が、入力ポート場所に配列され得る。したがって、残りの波面リレーは、再設計され得、補償レンズまたは窓102/202の光学機能は、良好な顕微鏡画像が執刀医に提示されることを確実にするように修正され得る。

折り畳まれた波面リレービーム路に加えて、さらに3つの光ビーム路が、図1および2に示されており、1つは眼を撮像するためのものであり、1つは固視標を眼に向けるためのものであり、1つは眼波面情報を運ぶ眼からの波面リレービームの生成のためにスーパールミネッセントダイオード（SLD）ビームを眼に送出するためのものである。

撮像ビームスプリッター160/260は、眼から戻され、かつダイクロイック式またはショートパス式ビームスプリッター161/261によって反射された少なくともいくつかの撮像光を、レンズまたはレンズセット168/268を介して2D画素配列CCD/CMOSセンサーのようなイメージセンサー162/262に向ける。イメージセンサー162/262は、電子機器システムに接続された白黒またはカラーのCMOS/CCDイメージセンサーであり得る。イメージセンサー162/262は、対象の眼の同平面ビデオ画像または静止画像を提供し、かつ眼の前側または後側のいずれかを撮像するために焦点を合わせることができる。さらに、固視/撮像ビームスプリッター166/266は、第一のレンズ104/204と一緒に、レンズまたはレンズセット170/270によって形成された固視標164/264の画像を、逆向きの路に沿って患者の眼に向ける。イメージセンサー162/262の前のレンズ168/268は、第一のレンズ104/204と共に働いて、ディスプレー（図1および2には示されていない）上の患者の眼の前側または後側のライブ画像のための所望の光学倍率を提供するように設計され得、かつ、イメージセンサー面が、鮮明な眼瞳孔画像を得られ得るように、例えば眼瞳孔面と共役関係にあることを確実にするために、必要ならば手動または自動のいずれかで焦点を調節するために使用され得る。自動焦点の場合において、レンズ168/268は、電子機器システムに接続される必要がある。

固視標164/264の前のレンズ170/270は、患者の眼に正しいサイズおよび明るさの快適な固視標を提供するように設計され得る。それはまた、固視標が眼の網膜と共役関係にあることを確実にするように焦点を調節するため、または眼を異なる距離もしくは向きで固定するため、または眼にフォグをかけるためにさえ、使用され得る。そうする際には、レンズ170/270は、アクティブにされ、かつ電子機器システムに接続される必要がある。固視光源164/264は、電子機器システムによって駆動されて、それを例えば手術用顕微鏡の照明光と区別するために、所望される速度でフラッシュまたは点滅することができる。また、固視光源164/264の色は変化してもよい。固視標は、マイクロディスプレーであり得、その表示されるパターンまたはスポットは、執刀医/臨床医の望みに応じて可変である。加えて、マイクロディスプレーに基づく固視標はまた、患者の周辺視野の視力を評価するために使用され得る、眼の2Dアレイ収差マップを測定し生成することができるように、異なる方向に注視するよう患者をガイドするために使用され得る。

固視標164/264は、赤色または緑色または黄色（または任意の色）の発光ダイオード（LED）であり得、その出力光パワーは、異なるバックグラウンド照明条件に基づいて、電子機器システムによって動的に制御可能である。例えば、手術用顕微鏡からの比較的強い照明ビームがオンにされた場合に、固視光源164/264の明るさを増加させて、患者が固視標を容易に見つけて、それを凝視することができるようにすることができる。可変絞りまたはアパーチャ（図1または図2には示されていない）が、イメージセンサーの前のレンズ168/268の前に配列され、眼の前側または後側のライブ画像の被写界深度を制御するために電子機器システムに接続されてもよい。アパーチャサイズを動的に変えることによって、眼が軸方向に動いて設計上の距離から離れた場合の眼画像の不鮮明度を制御することができ、絞りまたはアパーチャサイズに応じた眼画像の不鮮明度と眼の軸方向位置との間の関係を、眼の軸方向距離を決定するための信号として使用することができる。代替として、眼の距離はまた、1つまたは複数の近赤外照明源が角膜で散乱/反射された像スポット位置に基づく三角測量のような周知の手段を通して測定され得る。以下で開示されるように、低コヒーレンス干渉法に基づく眼距離測定もまた、使用され得る。

LEDの1つのリングまたは複数のリング（またはアレイ）（135/235）は、複数の機能を果たすために、波面エンクロージャーの入力ポート周囲に環状に配列され得る。1つの機能は、単に、波長スペクトル領域内の投光照明を提供することであり、そのため、このスペクトル内の眼から戻された光は、イメージセンサー（162/262）に達することができる。このように、手術用顕微鏡からの照明がない場合、または手術用顕微鏡からの照明光が、可視光が眼に達することのみを可能とするようにフィルタリングされている場合、イメージセンサー（162/262）によって取得される眼画像のコントラストは、所望の範囲内に保たれ得る。一例として、イメージセンサーは、1.3メガピクセルの解像度（1280×1024画素）を有する極めてコンパクトなボードレベルカメラである、モノクロームUI-1542LE-Mである。NIR帯域通過フィルターは、投光照明のみがイメージセンサーに達してライブの眼画像の比較的一定のコントラストを維持するように、撮像路に沿って配置され得る。

LED（135/235）の第二の機能は、LED（135/235）のプルキンエ像がイメージセンサー（162/262）によって作り出され得るように、角膜および/または眼水晶体（天然または人工）の光インターフェースから戻される正反射像スポットを作り出すことである。これらのプルキンエ像の画像処理を通して、患者の眼の横方向位置が、決定され得る。加えて、角膜および/または眼水晶体（天然または人工）の、上および/または底表面プロファイルまたはトポグラフは、角膜トポグラファーおよび/またはケラトメーター/角膜鏡が行うのと同様にして解明することができる。この得られた情報は、角膜形状またはさらにいくつかの他の眼バイオメトリック/解剖学的パラメーターにおける変化を決定するために使用され得る。測定される変化は次に、眼の角膜に作られた切開または創傷が完全に治癒したときに眼の最終屈折が所望のとおりとなるように、屈折手術の間または直後に、目標とするまたは期待される屈折を設定するために使用され得る。

LED（135/235）の第三の機能は、いくつが選択的にオンにされ、白目上に投射されて、イメージセンサー（162/262）によって取得され得る光点を作り出し、光学三角測量の原理を使用して眼距離測定を実現することができるということである。撮像された光点のセントロイド位置の変化は、眼距離を解明するために処理され得る。

ライブの眼瞳孔/虹彩または角膜画像を提供すること、および投光照明効果を撮像することに加えて、イメージセンサー信号はまた、他の目的のために使用され得る。例えば、ライブ画像は、眼瞳孔の、サイズ、第一のレンズ（104/204）からの距離および横方向位置を検出するために使用され得る。瞳孔のサイズが小さいことが見出されると、波面サンプリング領域は、対応して減少され得る。言い換えれば、瞳孔サイズ情報は、自動および/または動的な調節のため、ならびに/あるいは瞳孔サイズに従う波面感知領域の拡大縮小のために、閉ループ式に使用され得る。

この開示の一態様は、ある特定の位置範囲内の眼の位置変化の結果としての、波面測定誤差の補正である。補正は、眼の横方向位置変化と眼の軸方向位置変化との両方に適用され得る。一態様において、眼または瞳孔が十分適切に中心が置かれていない、すなわち波面センサーの光軸に対して十分に適切に整列されていないことが見出されると、波面センサーモジュールに対する眼または瞳孔の横方向の動きの量が、決定および使用され、そのような眼または瞳孔の位置横方向の動きによって導入された測定波面誤差の補正が行われるか、あるいは角膜上の同じ領域がつねにサンプリングされるように波面サンプリングスキャナーの駆動信号が調節される。

眼または瞳孔の横方向位置は、ライブの眼画像または他の手段を使用して決定され得る。例えば、角膜輪部は、眼が存在する場所に対する基準を提供することができ；瞳孔と虹彩との間の境界もまた、眼が存在する場所に対する基準を提供することができる。加えて、明るい光点としてライブ眼カメラによって取得された、または追加の位置感知検出器によって検出された、角膜前側表面からの正反射された投光照明もまた、眼の横方向位置についての情報を提供するために使用され得る。さらに、角膜前側表面からの、正反射されたSLD光もまた、明るい光点としてライブ眼カメラによって取得されるか、または追加の位置感知検出器によって検出されて、眼の横方向位置を決定することができる。SLDビームはまた、最も強い角膜頂点正反射を探し、かつ眼の横方向位置を決定するために、2次元でスキャンされてもよい。

図3は、眼が横方向に動き、対応する変更が波面サンプリングスキームに加えられない場合、角膜面上の波面サンプリング領域に何が起こるかを示す。SLDビームは、波面センサー光軸と同軸であり、かつその光軸に相対的な空間に固定されており、波面センサーは、角膜面上の波面センサーの光軸に対して放射または回転対称である環状リングの周囲をサンプリングしていると仮定する。眼が適切に整列されると、SLDビーム302は、角膜頂点および瞳孔の中心を通って眼に進入し、中心窩の近くの網膜上に到着する。したがって、戻された波面は、右側の角膜面の断面図の環状リング304によって示されるように、角膜頂点または眼瞳孔の中心に対して中心を合わせた放射または回転対称の環状リング内でサンプリングされる。ここで、眼が、SLDビームおよび波面センサーに対して下方横方向に動くと想像されたい。SLDビーム312は、今や、中心を外れた眼に進入するが、依然として中心窩の近くの網膜上に到着する。とはいえ、正確な場所は、眼の収差に依存してわずかに異なり得る。波面サンプリング領域は、SLDビームに対して固定されるので、角膜面上では、サンプリングされる環状リングはしたがって、右側の角膜面の断面図の環状リング314によって示されるように、角膜頂点または眼瞳孔の中心に対して上方にシフトされる。したがって、この非放射または非回転対称な波面サンプルは、波面測定誤差を引き起こす。本開示の一態様において、眼または瞳孔の横方向位置についての情報を用いて、波面測定誤差は、ソフトウェアおよびデータ処理を使用して補正される。

本開示の一態様において、眼または瞳孔の横方向位置についての情報を用いて、SLDビームは、例えば角膜によって戻された正反射されたSLDビームが波面センサーのPSDに進入するのを防ぐべく、SLDビームが常に設計上と同じ角膜位置（角膜頂点からわずかに外れた位置など）から角膜に進入するように、眼または瞳孔を追うまたは追跡するためにスキャンされてもよい。ライブの眼画像はまた、眼の存在を決定するため、およびそれに応じてSLD/波面検出システムをオンまたはオフにするために、使用され得る。SLDビームが常に所望の角膜位置で眼に進入し、かつ眼の横方向の動き（眼の動きの特定の範囲内で）の結果として虹彩によって部分的または完全にブロックされることはないということを確実にするため、図1および2に示されるSLDビームをスキャンするためのスキャンミラー180/280は、第一の波面リレーレンズ104/204の後焦点面に位置付けられ得る。この場合、スキャンミラー180/280の角度スキャンは、角膜面に対してSLDビームの横方向スキャンを生じさせる。イメージセンサーが取得した眼のライブ画像または他の眼横方向位置検出手段を使用して、眼中心の横方向位置を解明し、フィードバック信号を提供してスキャンミラー180/280を駆動し、SLDビームが眼の動きを追うかまたは眼を追跡することを可能にすることができる。

本開示の別の態様において、波面ビームスキャナー112/212は、波面サンプリングが常に、眼瞳孔の同じ領域にわたって行われるように、眼の横方向の動きを追うかまたは眼を追跡するために適切なDCオフセットで駆動される。例えば、サンプリングは、眼の瞳孔の中心に対して放射または回転対称の環状リングにわたって行われ得る。これがどのように可能であるかを調べるために、波面ビームスキャナーが8-F波面リレー構成の第二のフーリエ変換面に位置しているということを思い出してみる。眼が横方向に動くとき、4-F波面像平面では、波面の像もまた、第一および第二のレンズの焦点距離比に依存した比例光学拡大または縮小を伴って横方向に動く。波面ビームスキャナーがいかなるスキャニングもせず、かつDCオフセットがない場合、中間波面像平面でのこの横方向に動かされた波面は、最終波面サンプリング像平面にさらにリレーされるとき、それはまた、サンプリングアパーチャに対して横方向に変位される。結果として、波面ビームスキャナーが角回転スキャンをするとき、角膜面上のスキャンされる有効環状リング領域は、図3の下の部分によって示されるように偏心化される。

図4は、たとえ眼が横方向に動いたとしても、波面ビームスキャナーをDCオフセットすることによって、どのように眼の横方向の動きを補償し、ゆえに適切に中心に置かれた同じ環状リングをスキャンし続けることができるのかを示す。図4に見ることができるように、眼の横方向の動きがあるとき、SLDビーム448は、中心を外れた眼に進入し、8-Fリレーによってリレーされるべき物体としての角膜面での波面もまた、軸外れである。中間波面像402はしたがって、横方向に変位され、波面ビームスキャナーのDCオフセットがない場合、第二のフーリエ変換像平面での波面ビームのスキャニングなしで、中間波面像はまた、横方向に変位された波面像432として最終波面サンプリング面にリレーされる。この場合、波面ビームスキャナーが、ゼロDCオフセット角度に対して円形角回転の形態でスキャンするならば、サンプリングされる波面は、環状リング444によって示されるように、眼の中心に対して非放射または非回転対称な環状リングである。しかしながら、図4の右側に示される波面ビームスキャナー462が、眼の横方向変位に基づいて適切に決定された、ある特定のDCオフセットを有する場合、最終波面像482は、最終波面サンプリング像平面にリレーされるとき、波面サンプリングアパーチャ458に対して再度中心を合わせられるように横方向に変位され得る。この場合、SLDビーム498は、依然として中心を外れた眼に進入し、8-Fリレーによってリレーされるべき物体として角膜面での波面は、第一、第二および第三のレンズを通過するとき、軸外れであるが、波面スキャナー後、リレーは、波面スキャナーによって補正され、今や軸上にある。したがって、このDCオフセット角度に対する波面ビームスキャナーのさらなる角回転スキャニングは、眼の中心に対して放射または回転対称の環状リング494のサンプリングをもたらす。

本開示の一態様は、したがって、ライブ眼カメラまたは他の手段によって決定され得る眼の横方向の動きに対して、波面スキャナーのDCオフセットを制御することである。波面リレー路に沿って、波面撮像は、軸上ではなく、撮像路の幾つかに沿って軸外れで行われるという事実のために、したがって、例えば、コマおよびプリズムチルトを含む、導入された他の光学収差が存在する可能性がある。軸外れ波面リレーの結果として導入されたこれら追加の収差は、較正を通して対処されて、光学的撮像またはリレーシステムの固有の収差があるかのように処理され得、ゆえに較正およびデータ処理を使用して差し引かれ得る。

本開示の別の態様において、眼が、波面センサーの対物面からの設計上の距離のところに軸方向に位置付けされていないことが見出されると、設計上の軸位置に対する眼の軸変位の量が決定され、その情報は、そのような眼の軸方向の動きによって導入された測定波面誤差を補正するために使用される。図5は、眼が、設計上の位置から軸方向に動いた場合、測定される波面または屈折異常に何が起こるかを図示する。

図5の左欄には、3つの正視眼が示されており、一番上のもの504は、波面センサーから離れるよう遠くへ動いており、真ん中のもの506は、波面センサーの設計上の軸方向位置にあり、一番下のもの508は、波面センサーに向けて動いている。見ても分かるように、この正視眼から現れる波面は平面状であるので、設計上の対物面502（そこから波面が最終波面サンプリング面へとリレーされる）において、波面514、516および518はすべて、3つの状況で平面状である。したがって、眼が、設計上の位置から軸方向にわずかに変位している場合、眼が正視であるときは、波面測定結果は影響を受けない。

しかしながら、眼の水晶体（525、527、529）がより厚く示され、かつ眼（524、526、528）もより長く描かれている図5の真ん中の欄によって示されるように、眼が近視である場合、眼から現れる波面は、点（535、537、539）に収束し、角膜面での波面の光屈折値（dioptric value）は、眼の角膜面から収束点までの距離によって決定される。この場合において、眼は、波面センサーから離れるようわずかに遠くへ動いた場合、真ん中の欄の一番上の例によって示されるとおり、波面センサーの対物面522での波面は、眼の角膜面での波面と同じではない。実際、波面センサーの対物面での波面の曲率の収束半径は、角膜面でのものよりも小さい。したがって、波面センサーの対物面でのこの波面534が波面センサーによって測定されるとき、測定された結果は、波面534の曲率半径が波面536の曲率半径よりも小さいので、角膜面での波面536とは異なる。他方で、真ん中の欄の一番下の例によって示されるように、眼が波面センサーに向けてより近くに動いた場合、波面センサーの対物面522での波面538は、ここでもまた、眼の角膜面での波面536と同じではない。実際、ここで波面センサーの対物面での波面538の曲率半径は、角膜面での波面536よりも大きい。結果として、波面対物面での測定された波面結果は、ここでもまた、眼の角膜面でのものとは異なる。

眼の水晶体が除去され、眼（544、546、548）も、短い無水晶体眼をシミュレートするために正常よりも短く描かれている図5の右欄によって示されるように、眼が遠視であるとき、眼から現れる波面は、発散性であり、発散光線を後方へ延ばすことによって、光線の始点となる仮想焦点位置（555、557、559）を見出すことができる。角膜面での波面の遠視光屈折値は、眼の角膜面から仮想焦点位置までの距離によって決定される。この場合、眼が波面センサーから離れるよう遠くに動いた場合、右欄の一番上の例によって示されるように、波面センサーの対物面542での波面554は、ここでもまた、眼の角膜面での波面556と同じではない。実際、ここで波面センサーの対物面での波面554の発散曲率半径は、角膜面での波面556の発散曲率半径よりも大きい。したがって、波面センサーの対物面でのこの波面554が波面センサーによって測定されるとき、測定された結果は、ここでもまた、角膜面での波面556とは異なる。他方で、右欄の一番下の例によって示されるように、眼が波面センサーに向けてより近くに動いた場合、波面センサーの対物面542の波面558は、依然として、眼の角膜面での波面556とは異なる。実際、波面センサーの対物面での発散波面558の曲率半径は今や、角膜面での波面556よりも小さい。結果として、波面対物面での測定された波面結果は、ここでもまた、眼の角膜面でのものとは異なる。

本開示の一態様において、試験下の眼の軸位置を検出するためのリアルタイム手段が組み込まれ、リアルタイムで、波面センサーモジュールの対物面に対する眼の軸方向の動きの量についての情報は、そのような眼の軸方向の動きによって導入された測定波面誤差を補正するために使用される。以下で論じられるとおり、眼の軸方向位置測定手段は、当業者に周知であるような光学三角測量および低コヒーレンス光干渉法を含む。較正は、眼の軸方向位置と、波面センサーによって測定された波面センサーの対物面での波面収差に対する眼の真の波面収差との間の関係を決定するために行われ得る。次に、ルックアップテーブルが、確立されて、波面測定誤差を補正するためにリアルタイムで使用され得る。白内障手術の場合には、手術用顕微鏡は、完全にズームアウトしたとき、概して、約±2.5mm程度の軸範囲内で、患者の眼の比較的シャープに焦点の合った視界を執刀医に提示することができる。したがって、執刀医が手術用顕微鏡下で患者の眼の焦点を合わせるとき、患者の眼の軸位置における変動は、約±2.5mmの範囲内であるべきである。したがって、較正は、そのような範囲にわたって行われ得、ルックアップテーブルは、そのような範囲にわたって確立され得る。

本開示の一例示的態様において、眼が水/溶液で灌注されているか、あるいは光学バブルが存在するか、あるいは眼瞼が光路内にあるか、あるいは顔面皮膚または執刀医の手または手術道具もしくは器具がイメージセンサーの視野内にあり、波面リレービーム路を部分的または完全にブロックしていることが見出されると、波面データは、「暗」または「明」データを排除するために破棄/フィルタリングされ得、同時に、SLD 172/272は、オフにされ得る。本開示の別の例示的態様において、波面センサーは、眼が乾燥しているかどうかを解明するために使用され、ビデオまたは音声信号の形のリマインダーが、執刀医または臨床医に送られて、彼/彼女にいつ眼に灌注を行うべきかを気づかせることができる。さらに、イメージセンサー162/262からの信号はまた、患者の眼が有水晶体状態にあるかまたは無水晶体状態にあるかまたは偽水晶体状態にあるかを識別するために使用され得、したがって、SLDパルスは、必要とされる期間のみオンにされ得る。これらのアプローチは、SLDビームへの患者の全曝露時間を減らし、したがって恐らくより高いピークパワーまたはより長いオン持続（on-duration）SLDパルスを使用することを可能にして、波面測定信号対ノイズ比を増大させることができる。加えて、結果として生じた眼画像にアルゴリズムが適用されて、結果として生じた画像の有効不鮮明度により、および/または三角測量基準と併せて、眼までの最適距離を決定することができる。

図1および2において、大きいサイズの偏光ビームスプリッター（PBS）174/274は、SLDビームを患者の眼へ送出するために使用される。大きい窓サイズを使用する理由は、所望の広いジオプトリー測定範囲にわたる眼からの波面リレービームが、PBS 174/274によって部分的ではなく完全に遮断されることを確実にするためである。例示的態様において、SLD 172/272からのビームは、ビームが実質的にPBS 174/274を透過して、かつ眼波面を作り出すために眼に送出されるように、好ましくはp偏光される。SLDビームは、ビームが角膜面で眼に進入するとき、角膜面でコリメートされるか、または焦点が合わされるか、または部分的にデフォーカスされる（発散的または収束的のいずれか）かのいずれかとなり得るように、予め成形されるかまたは操作され得る。SLDビームが、比較的小さい光点または幾分拡張された光点のいずれかとして網膜上に到着するとき、それは、比較的広い角度範囲にわたって散乱され、このように生成されて戻されたビームは、元の偏光および直交偏光の両方を有する。当業者に周知であるように、眼科波面センサー用途に関しては、波面リレービームの直交偏光成分のみが、眼波面測定のために使用される。これは、元の偏光方向には、波面測定に誤差を引き起こす可能性がある、角膜および眼の水晶体からの比較的強く反射されたSLD光波が存在するからである。したがって、大きいPBS 174/274の別の機能は、直交的に偏光された波面リレービームのみがPBS 174/274によって反射されることを可能にすること、および、元の方向に偏光された戻された光波を方向づけて、PBS 174/274を透過させて吸収させるか、または他の目的、例えば波面センサーモジュール内に戻る角膜または眼水晶体によるSLDビームの正反射が存在するかどうかをモニターするために使用することである。

図1および2において、帯域通過フィルター176/276は、波面リレービーム路内に配列されて、いかなる可視光および/または環境バックグラウンド光も阻止し、かつSLDが発生させた波面リレービーム光の所望の比較的狭いスペクトルのみが残りの波面センサーモジュールに入ることを可能にする。

SLDビームが眼の横方向の動きを追うためにスキャンされ得るという事実に加えて、SLDビームはまた、フロントエンド電子プロセッサーおよびホストコンピューターを含む電子機器システムからの制御を用いて、網膜上の小さいスキャン領域の上に到着させるためにスキャンされ得る。一例示的態様において、SLDビームが常に所望の角膜位置で眼に入り、眼の動き（眼の動きの特定の範囲内で）の結果として、虹彩によって部分的または完全にブロックされることはないということを確実にするため、図1および2に示されるとおりのSLDビームをスキャンするためのスキャンミラー180/280は、第一の波面リレーレンズ104/204の後焦点面に位置付けられ得る。この場合、スキャンミラー180/280の角度スキャンは、角膜面に対してSLDビームの横方向スキャンをもたらすが、依然として、眼が正視である場合、SLDビームが同じ網膜位置上に到着することを可能にする。イメージセンサーによって取得された眼の瞳孔のライブ画像は、眼の瞳孔中心の横方向位置を解明するために、およびフィードバック信号を提供してスキャンミラー180/280を駆動し、SLDビームが眼の動きを追うかまたは眼を追跡することを可能にするために、使用され得る。

一例示的態様において、SLDビームが網膜上の小さい領域の周囲に到着し、またこれをスキャンすることができるように、図1および2に示されるとおりの別のスキャンミラー182/282は、SLDビーム形状操作レンズ184/284の後焦点面で、角膜面と共役関係にあるよう位置付けられ得る。別のレンズ186/286は、例えば、単一モード光ファイバー（偏光保持（PM）単一モードファイバーのような）188/288の出力ポートからスキャンミラー182/282上へ、SLDビームを集束させるか、またはコリメートさせるか、または成形するために、使用され得る。網膜上の小さい領域にわたるSLDビームのスキャニングは、幾つかの利点を提供することができる；1つは、特にスポットサイズが非常に小さい場合、常に同じ網膜スポット領域上に到着するSLDビームを有することから生じるスペックル効果を減少させることである；別の利点は、より高いピークパワーまたはより長いオン持続パルスSLDビームを眼に送出して、光学波面測定のための信号対ノイズ比を増大させるように、やや大きな網膜の領域にわたって光エネルギーをそらすことである；およびさらに別の利点は、網膜のトポグラフィー不均一性から生じる波面測定誤差が平均され得るか、または検出され得るか、および/または数量化され得るように、波面測定が、やや大きな網膜の領域にわたって平均され得ることである。代替として、同様の目標を達成するために、レンズ186/286（または184/284）を使用してSLDビームの集束およびデフォーカスを制御することによって、網膜上のSLDビームスポットサイズを制御してもよい。

角膜および網膜に対するSLDビームのスキャニングは、独立して同時に実施され、かつ同期されてもよいことに留意すべきである。言い換えれば、2つのSLDビームスキャナー180/280および182/282は、互いに独立であるが、同時に始動され得る。加えて、眼手術光ビームとしてのレーザービーム（図1および2では示されていない）は、SLDビームと組み合わされて、同じ光ファイバーまたは別の自由空間光ビーム結合器を通して眼に送達され、SLDビーム用の同じスキャナーまたは他のスキャナーに送達され得、そのため、眼手術レーザービームが、角膜輪部減張切開術（limbal relaxing incision）（LRI）または他の角膜切削術（corneal sculpting）のような眼の屈折矯正手術を実施するためにスキャンされ得ることに留意すべきである。SLDおよび眼手術レーザーは、異なる波長を有し、光ファイバーベースの波長分割多重カプラーまたは自由空間ダイクロイックビーム結合器を使用して結合され得る。

内部較正標的199/299は、較正/検証がされるべきとき、波面リレービーム路内に動かされ得る。SLDビームは、内部較正標的が所定位置に動かされると、波面リレー光ビーム路軸と同軸に向けられ得る。較正標的は、恐らく幾つかの所望の減衰を伴って眼網膜と同様の方法で光を散乱させる材料から作られ得、較正/検証目的のために基準波面を発生させて、それをシーケンシャル波面センサーによって測定することができるようにする。発生される基準波面は、ほぼ平面状の波面もしくは典型的な無水晶体波面、または任意の他の発散/収束度の発散もしくは収束波面のいずれかであり得る。

眼波面測定のためには、直交偏光を有する網膜から戻されたビームのみが使用されるが、これは、角膜、眼の水晶体および網膜からの元の偏光を有する戻された光波が無用であるということを意味するものではない。それどころか、元の偏光を有するこれらの戻された光波は、非常に有用な情報を提供することができる。図1および2は、元の偏光を有する眼から戻された光波が、波面センサーモジュールからの眼の距離、眼内の眼の水晶体（天然または移植されたもののいずれか）の位置（すなわち有効水晶体位置）、前眼房の深さ、眼の長さ、ならびに他の前眼部および/または後眼部のバイオメトリックまたは解剖学的パラメーターの測定のために使用され得る、ということを示す。図1および2において、PBS 174/274を通過する戻された光波は、低コヒーレンス光干渉法（OLCI）または光コヒーレンストモグラフィー（OCT）測定のために典型的に利用されるように、低コヒーレンス光ファイバー干渉計を用いて収集される。SLD出力ファイバー188/288は、単一モード（SM）（および所望の場合は偏光保持（PM））であり得、SLD光の一部分が波面センサーに送られ、かつSLD光の別の部分が基準アーム192/292に送られるように、通常の単一モード（SM）ファイバー（または偏光保持（PM）単一モード光ファイバー）カプラーに接続され得る。基準アームの光路長は、眼から戻された光波の光路長に対応するものとおおよそ一致され得る。眼の異なる部分から戻された光波は、ファイバーカプラー190/290で基準ファイバーアーム192/292を通して戻された基準光波と再度組み合わされて、光学低コヒーレンス干渉をもたらことができる。この干渉信号は、図1および2に示されるとおり、検出器194/294によって検出され得る。図1および2において、同じファイバーカプラー190/290は、マイケルソン型の光学干渉計構成において、光波を分けることおよび再結合することの両方のために使用されるが、他の周知のあらゆる光ファイバー干渉計構成が使用されてもよく、一例は、サンプルアームにより戻された光波を再結合ファイバーカプラーに効率的に向けるための、サンプルアーム内のファイバーサーキュレーターを備える2つのファイバーカプラーを使用したマッハ−ツェンダー型の構成であることに留意されたい。

スペクトルドメイン、掃引源、タイムドメインおよび平衡検出を含む種々のOLCI/OCT構成および検出スキームが、使用され得る。波面センサーモジュール（例えば手術用顕微鏡または細隙灯生体顕微鏡に取り付けられる）をコンパクトに保つために、検出モジュール194/294、基準アーム192/292（基準ミラー＋ファイバーループを含む）、およびSLD 172/272およびファイバーカプラー190/290さえも、波面センサーエンクロージャーの外側に位置していてよい。こうする理由は、検出モジュール194/294および/または基準アーム192/292および/またはSLD源172/272は、OLCI/OCT操作のために使用されるスキームに依存して、かさ高くてもよいからである。OLCI/OCTサブアセンブリーを操作するための電子機器は、波面センサーエンクロージャーの内側または波面センサーエンクロージャーの外側のいずれかに位置することができる。例えば、平衡検出スキームがUS7815310に論じられているように使用されるとき、光ファイバーサーキュレーター（図示せず）は、SLDファイバーアームに組み込まれる必要があり得る。タイムドメイン検出が使用されるとき、基準アーム192/292は、光路長スキャナーまたは高速スキャニング光遅延線（図示せず）を含む必要があり得、それは、電子機器によって制御される必要がある。スペクトルドメイン検出スキームが使用されるとき、検出モジュールは、光学分光計およびラインスキャンカメラ（図示せず）を含む必要があり得、それは電子機器によって制御される必要がある。掃引源検出スキームが使用されるとき、光源は、波長スキャナー（図示せず）を含む必要があり得、それは電子機器によって制御される必要がある。

一例示的態様において、比較的強いOLCI/OCT信号を収集できることを確実にするために、スキャンミラー180/280（および/または182/282）を電子機器システムによって制御して、具体的には、例えば角膜、眼の水晶体（天然または人工）および網膜からの比較的強い正反射を光ファイバー干渉計に戻すことを可能にし、波面センサーモジュールに対するこれら眼要素の光インターフェースの軸方向距離またはこれら相互間の軸方向距離を測定できるようにする。後者の場合に、正反射が恐らく避けられるべきであるので、この操作は、眼波面測定から逐次分離され得る。あるいは、2つの異なる波長域が使用され得、スペクトル分離が利用され得る。他方では、OLCI/OCT信号強度は、正反射が波面センサーモジュールによって収集されているかどうかの指標として使用され得、もしその場合には、波面センサーデータは破棄され得る。

別の例示的態様において、SLDビームは、眼の前部にわたって、または網膜のある特定の量にわたってスキャンされ得、眼の種々の部分のバイオメトリック構造測定または解剖学的構造測定がなされ得る。1つの特に有用な測定は、角膜表面および厚さプロファイルである。

一例示的態様において、波面をシフトする/スキャンするために使用されるビームスキャナー112/212およびSLDビームをスキャンするために使用されるもの（180/280、182/282）はまた、動的DCオフセットを有して、追加の利点を本開示にもたらすことができる。例えば、波面をシフトする/スキャンするために使用されるスキャナー112/212を利用して、波面サンプリングが依然として眼の瞳孔の中心に対して回転対称であることを確実にするために、温度のような環境変化の結果としての光学素子の潜在的な整列ずれに対して補償を提供することができる。一方で、位置感知デバイス/検出器（PSD）上の基準点もまた、較正を通して補償された像スポット位置毎に、必要であれば調節され得る。サンプリングされた像スポットに、PSD基準点に対する任意の角度DCオフセットがある場合、これは、較正およびデータ処理を通して対処され得る。本発明者らは、SLDビームをスキャンするために使用されるスキャナー180/280を使用して、イメージセンサー162/262からのフィードバック信号を通して、ある特定の範囲内の眼の横方向の動きを追うことができるということに言及した。眼が波面センサーモジュールに対して動いた状態では、SLDビームは、眼が波面センサーモジュールに対して適切に中心が合わされたときと同じ角度で同じ角膜位置を通って眼に進入するようにできるとしても、眼から戻された波面ビームは、波面センサーモジュールの光軸に対して横方向に変位される。結果として、波面サンプリング像平面でのリレーされた波面もまた、横方向に変位される。この場合、波面をシフトするために使用されるスキャナー112/212のDCオフセットを使用して、この変位を補償し、かつスキャンされた波面ビームを波面サンプリングアパーチャ118/218に対して依然として回転対称のままとすることができる。この場合、コマまたはプリズムチルトまたは他の追加の収差が導入されることもあるが、これらは較正およびデータ処理を通して対処され得る。そうすることで、眼位置/場所の変化によって誘導されるいかなる波面測定誤差も補償または補正され得る。

イメージセンサー、波面センサー、正反射検出器および/または低コヒーレンス干渉計によって提供される情報の組み合わせに関して、幾つかまたはすべての情報を組み合わせて、正しい較正曲線および/またはデータ処理アルゴリズムの自動選択を実現することが可能である。一方で、データ完全性インジケーターまたは信頼性インジケーターまたは白内障混濁度インジケーターまたは光学バブルの存在についてのインジケーターが、音声またはビデオまたは他の手段を通して執刀医または臨床医に示され得るか、あるいはフィードバックを提供する他の機器に接続され得る。組み合わされた情報はまた、眼内圧（IOP）の検出、測定および/または較正のために使用されてもよい。例えば、患者の心拍動によって発生した、または外部音波により発生した、眼の前眼房における眼内圧変化は、患者の心拍動信号をモニターする酸素濃度計と同期して、波面センサーおよび/または低コヒーレンス干渉計によって検出され得る。圧力計を備えた注射器を使用して、粘弾性ゲルを眼に注入して眼を膨張させ、また眼内圧を測定することができる。また、組み合わされた情報を使用して、多焦点眼内レンズのような埋め込まれた眼内レンズ（IOL）の中心合わせおよび/またはチルトを検出するおよび/または確認することができる。また、組み合わされた情報を使用して、有水晶体、無水晶体および偽水晶体を含む眼の状態の検出をすることができる。波面センサー信号は、OLCI/OCT信号と組み合わされて、光学散乱度および/または眼水晶体もしくは視覚系の光媒体の混濁度を測定して表示することができる。また波面センサー信号は、OLCI/OCT信号と組み合わされて、患者の眼の角膜にわたる涙膜の分布を測定することができる。

リアルタイム眼科波面センサーの1つの必要条件は、天然眼水晶体が除去されて眼が無水晶体である場合のような白内障手術の間に遭遇する可能性がある、広いジオプトリー測定ダイナミックレンジである。光学波面リレー構成は広いジオプトリー測定ダイナミックレンジを含むように設計されているが、シーケンシャルな性質は、クロストーク問題を排除しており、ロックイン検出技術は、DCおよび低周波1/fノイズをフィルターで除去することができ、ダイナミックレンジは、依然として位置感知デバイス/検出器（PSD）によって制限され得る。一態様において、光学素子は、所望のジオプトリーカバレッジ範囲にわたって、PSD上の像/光点サイズが常にある特定の範囲にあり、したがってそのセントロイドがPSDによって感知され得るように、最適に設計される。別の態様において、図1および2に示されるとおり、動的波面/デフォーカスオフセット用デバイス178/278は、中間波面像平面、すなわち角膜面および波面サンプリング面の両方と共役関係にある4-F面に配置される。動的波面/デフォーカスオフセット用デバイス178/278は、ドロップインレンズ（drop-in lens）、焦点可変レンズ、液晶ベースの透過波面マニピュレーター、または可変ミラーベースの波面マニピュレーターであり得る。PSDが広いジオプトリー値（正または負）を測定するための制限要因となる場合、電子機器システムは、波面/デフォーカスオフセット用デバイス178/278を始動して、波面収差の幾らかまたはすべてをオフセットするか、または部分的/完全に補償することができる。例えば、無水晶体状態において、患者の眼からの波面は、比較的発散性であり、正レンズが、4-F波面像平面で波面リレービーム路内に入れられて、波面の球面デフォーカス成分をオフセットし、したがってPSD上に到着する像/光点を、PSDがシーケンシャルにサンプリングされたサブ波面の中心を感知/測定することができるような範囲に持ってくることができる。

高度近視、高度遠視、比較的大きい非点収差または球面収差のような他の場合では、波面/デフォーカスオフセット用デバイス178/278はスキャンされ得、計画的なオフセットが、動的方法で、1つまたは複数の特定の収差成分に適用され得る。この方法では、幾つかの低次収差は、オフセットされ得、他の特定の高次波面収差についての情報は強調されて、さらに補正される必要がある残りの波面収差の臨床的に重要な特徴を明らかにすることができる。そうすることで、視力矯正医または執刀医は、視力矯正手技を微調整して、残りの波面収差をリアルタイムで最小にすることができる。

図6は、図1および2に示されるシーケンシャル波面センサーおよび他の関連アクティブデバイスを制御し駆動する電子機器システム600の一例示的態様の全体のブロック線図を示す。この態様では、電源モジュール605は、電子機器システム600全体のために、AC電源をDC電源に変換する。波面データおよび眼の画像/動画は、ストリーミング方式で同期して取得および/または記録され得る。ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610は、ライブの眼画像を波面測定結果と同期させることを含むバックエンド処理、および、患者の眼のライブ画像の上に重ね合わせられるかまたはそれと並べられて表示される波面情報を有する、ユーザーへの可視ディスプレーを提供する。ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610はまた、波面データを、眼のデジタル画像/動画と同期されかつブレンディングされたコンピューターグラフィクスへと変換して合成動画を形成して、視力矯正手技の間に実施されたリアルタイム活動と同期された合成動画をディスプレー上に表示することができる。

ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610はまた、電力を供給し、かつシリアルまたはパラレルデータリンク620を通してシーケンシャル波面センサーモジュール615と通信する。図1および2に示される光学素子は、幾つかのフロントエンド電子機器と共にシーケンシャル波面センサーモジュール615内にある。本開示の一態様において、ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610およびシーケンシャル波面センサーモジュール615は、USB接続620を通して通信する。しかしながら、任意の好都合なシリアル、パラレル、または無線データ通信プロトコルでもうまく機能する。ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610はまた、イーサネットのような任意の接続625を含んで、後のデータ分析またはプレーバックのような他の目的のために、波面、ビデオおよび処理済または未加工の他のデータを外部ネットワーク（図6には示されていない）にダウンロードすることを可能にすることができる。

ディスプレーは、ホストコンピューターと組み合わされるように示される単一のディスプレーに限定されるべきではないことに留意すべきである。ディスプレーは、内蔵のヘッドアップディスプレー、手術用顕微鏡の接眼レンズ路内の半透明マイクロディスプレー、執刀医/臨床医によって見られるようなライブ顕微鏡視野上のオーバーレイに情報を投影することができる逆投影ディスプレー、または互いに相互リンクした多くのモニターであり得る。波面測定データを患者の眼画像上に重ね合わせることに加えて、波面測定結果（ならびにイメージセンサーおよび低コヒーレンス干渉計からの結果のような他の測定結果）はまた、同じスクリーンの異なるディスプレーウィンドウ上で隣接して、あるいは異なるディスプレー/モニター上に別個に、表示され得る。

先行技術の波面センサー電子機器システムと比較して、本電子機器システムは、ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610が、ライブの眼画像をシーケンシャル波面測定データと同期させることを含むバックエンド処理を提供するように構成され、同時に、波面情報をライブの眼画像上に重ね合わせること、または波面情報をライブの眼画像の隣に並べて表示することによって、同期された情報を表示するという点で異なる。加えて、シーケンシャル波面センサーモジュール615内部のフロントエンド電子機器（以下で簡単に論じられる）は、ロックインモードでシーケンシャルリアルタイム眼科波面センサーを操作し、かつライブの眼画像データと同期されるべきフロントエンド処理済み波面データを、ホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610に送信するように構成される。

図7は、図6に示される波面センサーモジュール615内部にあるフロントエンド電子処理システム700の一例示的態様のブロック線図を示す。この態様において、ライブ撮像カメラモジュール705（CCDまたはCMOSイメージセンサー/カメラのような）は、患者の眼のライブ画像を提供し、そのデータは、波面データが患者の眼のライブ画像上に重ね合わせられ得るように、図6に示されるホストコンピューターおよびディスプレーモジュール610に送信される。フロントエンド処理システム710は、SLD駆動および制御回路715（それはまた、SLDをパルスさせることに加えて、図1および2に関連して上記で論じられたように、SLDビーム集束およびSLDビームステアリングを実施し得る）に、波面スキャナー駆動回路720に、および位置感知検出器回路725に、電子的に結合される。先行技術波面センサー電子機器システムと比較して、本開示のフロントエンド電子処理システムは、何らかの方法で組み合わされると、状況を変えて、特に眼屈折白内障手術の間、リアルタイム眼科波面測定および表示に有利にもなる、多くの特徴を有する。眼からの波面を作り出すために使用される光源は、パルスおよび/またはバーストモードで操作される。パルス繰返しレートまたは周波数は、標準的な2次元CCD/CMOSイメージセンサーの典型的なフレームレート（それは、典型的には約25〜30Hzである（概して1秒当たりのフレーム数と見なされる））よりも高い（典型的には、kHz範囲内またはそれを超える）。さらに、位置感知検出器は、1/fノイズ周波数範囲を超える周波数でパルス光源と同期してロックイン検出モードで操作され得るように、十分に高い時間周波数応答を有する2次元である。フロントエンド処理システム710は、SLD駆動および制御回路715、波面スキャナー駆動回路720および位置感知検出器回路725に少なくとも電子的に結合される。フロントエンド電子機器は、光源、波面スキャナーおよび位置感知検出器の作動を位相ロックするように構成される。

加えて、フロントエンド処理システム710はまた、内部固視およびLED駆動回路730、ならびに内部較正標的位置付け回路735に電子的に結合され得る。図1および2を参照して上記で論じられたように内部固視を駆動することに加えて、LED駆動回路730は、複数のLEDドライバーを含み、かつインジケーターLED、眼ライブ撮像カメラのための投光照明LED、ならびに三角測量ベースの眼距離測距のためのLEDを含む他のLEDを駆動するために使用され得る。内部較正標的位置付け回路735を使用して、較正/検証目的のためにシーケンシャル波面センサーによって測定されるべき基準波面の生成を始動することができる。

フロントエンドおよびバックエンド電子処理システムは、1つまたは複数のデジタルプロセッサー、ならびに実行可能プログラムコードおよびデータを保存するための非一時的コンピューター可読メモリーを含む。種々の制御および駆動回路715〜735は、当技術分野において公知のように、配線による回路構成、デジタル処理システムまたはそれらの組み合わせとして実行され得る。

図8は、波面リレービーム路内に動かされて、内部較正および/または検証のための1つまたは複数の基準波面を作り出すことができる例示的内部較正および/または検証標的802/832/852を示す。一態様において、内部較正および/または検証標的は、レンズ（非球面レンズのような）804、および一片のスペクトラロン（spectralon）806のような拡散的に反射するまたは散乱させる材料を含む。スペクトラロン806は、非球面レンズ804の後焦点面の前または後ろに短い距離で位置付けられ得る。非球面レンズ804は、レンズ自体からのいかなる正反射も実質的に減少させるために、反射防止コーティングがなされ得る。

内部較正および/または検証標的802が、波面リレービーム路内に動かされると、それは、非球面レンズ804が波面リレー光軸と中心が合わされ同軸となるように、例えば磁気ストッパー（図示せず）によって停止される。SLDビームは、次に、最小の正反射を有する非球面レンズによって遮断され、SLDビームは、非球面レンズによって少なくともある程度は集束されて、光点としてスペクトラロン806上に到着する。スペクトラロンは、高度に拡散的に反射するおよび/または散乱するように設計されているので、スペクトラロンからの戻された光は、発散円錐812の形であり、非球面レンズを通って後方へ移動した後、それは光814のわずかに発散または収束するビームとなる。

図1および2に示されるとおりの内部較正標的の位置は、第一のレンズ104/204と偏光ビームスプリッター174/274との間のどこかであり、したがって後方へ伝搬するそこの幾分わずかに発散または収束するビームは、第一のレンズ104/204の対物面の前または後ろの点源から来るビームと同等である。言い換えれば、内部較正および/または検証標的作成基準波面は、試験下の眼から来る収束または発散波面と同等である。

一態様において、非球面レンズに対するスペクトラロンの実際の軸位置は、基準波面が無水晶体眼からの波面と似ているように作られ得るように、設計され得る。別の態様において、スペクトラロンの実際の軸位置は、このように作り出された基準波面が正視眼または近視眼からの波面に似ているように作られ得るように、設計され得る。

本明細書で本発明者らは非球面レンズを使用したが、球面レンズ、および円柱＋球面レンズまたはチルトした球面レンズをも含む、任意の他のタイプのレンズを使用して、較正および/または検証のためのある特定の意図される波面収差を有する基準波面を作り出すことができることに留意すべきである。一態様において、非球面レンズに対するスペクトラロンの位置はまた連続的に変更され得、内部で作り出された波面が、連続的可変ジオプトリー値を有して、設計上のジオプトリー測定範囲にわたる波面センサーの完全較正を可能にすることができるようにする。

別の態様において、内部較正標的は、単に、一片のむき出しのスペクトラロン836であり得る。この場合、平坦なスペクトラロン表面のいかなる部分も、波面リレービーム路内に動かされると、SLDビームを遮断して、スペクトラロン表面のトポグラフィックな特性が実質的に同じであると仮定すれば同じ基準波面を実質的に発生させることができるので、一片のスペクトラロン836の停止位置についての必要要件を少なくすることができる。この場合、一片のむき出しのスペクトラロンから発せられるビームは、発散ビーム838である。

さらに別の態様において、内部較正および/または検証標的は、一片のむき出しのスペクトラロン866と非球面レンズ854および一片のスペクトラロン856を有する構造との両方を含み、ここで、スペクトラロン（866および856）は、単一ピースであり得る。内部較正および/または検証標的852を波面リレービーム路内に動かすための機構は、2つの停止部、それほど再現性が高い必要はない中間停止部と、高度に再現性のある最終磁気停止位置とを有することができる。中間停止位置を使用して、一片のむき出しのスペクトラロンがSLDビームを遮断することができるようにすることができ、高度に再現性のある停止位置を使用して、非球面レンズが十分に中心を合わされて波面リレービーム光軸と同軸となるように、非球面レンズ＋スペクトラロン構造を位置付けることができる。このようにして、2つの基準波面（864および868）を得ることができ、したがって内部較正標的を使用して系移動機能が設計されたように動くかどうか、または波面リレー光学系の整列ずれを補償する必要があるかどうかをチェックすることができる。

実在の眼から戻された光量 対 一片のスペクトラロンから戻された光量の差に起因して、ニュートラルデンシティフィルターおよび/または偏光子のような光減衰手段が、内部較正および/または検証標的内に含まれ、かつ非球面レンズの前または後ろのいずれかに配置されて、実在の眼からの光とほぼ同じであるように光を減衰させることができる。あるいは、スペクトラロンの厚みは、所望の光量のみが戻るよう拡散的に散乱および/または反射させることを可能にするように適切に選択され得、透過光は、光吸収材料（図8には示されていない）によって吸収され得る。

本発明の一態様は、フロントエンド処理システム710を位置感知検出器回路725およびSLDドライバーおよび制御回路715とインターフェースでつなぐことである。位置センサー検出器は、恐らく、それが十分に高い時間周波数応答を有するために並列複数チャンネル検出器であるので、それは、象限検出器/センサー、横効果型位置感知検出器、フォトダイオードの小さい並列2D配列、または他のものであり得る。象限検出器/センサーまたは横効果型位置感知検出器の場合では、典型的には、4つの並列信号チャンネルがある。フロントエンド処理システムは、下記で論じられるように、4つのチャンネル（A、B、CおよびD）の各々からの信号振幅に基づいてレシオメトリックXおよびY値を計算する。標準的技法に加えて、フロントエンド処理システムは、位置感知検出器上に到着するすべてのシーケンシャルにサンプリングされたサブ波面像スポットについてのA、B、CおよびD値の最終増幅出力が最適信号対ノイズ比用に最適化されるように、チャンネルの各々について独立に、またはすべてのチャンネルについて一緒にのいずれかで、SLD出力および可変利得増幅器の利得を自動的に調節することができる（ユーザーの自由裁量で）。これは、患者の眼から戻された光信号が、屈折状態（近視、正視および遠視）、外科的状態（有水晶体、無水晶体および偽水晶体）および眼の白内障の程度に依存して変わる可能性があるので、必要とされる。

図9Aおよび9Bは、信号対ノイズ比を最適化するためにサーボ機構を通して自動SLD索引およびデジタル利得制御のタスクを達成する電子機器ブロック線図の態様を示し、図10は、例示的態様をプロセスフローブロック線図の形で示す。

図9Aを参照すると、マイクロプロセッサー901は、中にコードおよびデータを保存しているメモリーユニット905に結合される。マイクロプロセッサー901はまた、デジタル/アナログ変換を有するSLDドライバーおよび制御回路915を介してSLD 911に、デジタル/アナログ変換を有するMEMSスキャナー駆動回路925を介してMEMSスキャナー921に、かつ、複合トランスインピーダンス増幅器933、アナログ/デジタル変換器935および可変利得デジタル増幅器937を介してPSD 931に、結合される。

この例におけるPSDは、4つの最終増幅されたデジタル出力A、B、CおよびDにつながる4つのチャンネルを有する象限検出器であり、それに応じて、4つの複合トランスインピーダンス増幅器、4つのアナログ/デジタル変換器、および4つの可変利得デジタル増幅器があるが、図9Aには各々のうちの1つのみが描かれていることに留意すべきである。

それらの点を説明するために、本発明者らは、US7445335で論じたことを、図9Bを参照して手短に繰り返す。シーケンシャル波面センサーが、波面サンプリングのために使用され、A、B、CおよびDの4つの感光性区域を有するPSD象限検出器931が、図9Bに示されるとおり、サンプリングされたサブ波面像スポット位置のセントロイド位置に関して、局所的なチルトを示すと仮定する。サブ波面が象限検出器931の前のサブ波面集束レンズに対して垂直の角度で入射する場合、象限検出器931上の像スポット934は、中心にあり、4つの感光性区域は、同じ光量を受け取り、各区域は、同じ強度の信号を生成する。他方で、サブ波面がチルト角度で垂直入射からそれる（たとえば右上方向に向いて）のであれば、象限検出器上の像スポットは、中心から離れて形成される（像スポット938によって示されるとおり右上象限に向けて動かされる）。

中心（x=0，y=0）からのセントロイドのずれ（x，y）は、以下の式を使用して、一次近似することができる:

式中、A、B、CおよびDは、象限検出器の対応する各感光性区域の信号強度を表し、分母（A+B+C+D）は、測定を正規化するために使用され、そのため、光源強度変動の影響が取り消され得る。式（1）は、セントロイド位置に関する局所チルトを計算するのに完全には正確ではないが、それは適切な近似値であることに留意すべきである。実際には、何らかの数学を使用する式および内蔵アルゴリズムによって誘導される可能性がある像スポット位置誤差をさらに補正する必要があり得る。

図10を参照すると、開始ステップ1002で、フロントエンドマイクロプロセッサー901は好ましくは、最初にSLDを、眼の安全性文書要件によって許容されるのと同じ程度の出力レベルに設定する。この時点での可変利得デジタル増幅器937の利得は、最初に、最後のセッションで決定される値または通常選択されるような中間値に設定され得る。

次のステップ（1004）は、可変利得デジタル増幅器最終出力A、B、CおよびDをチェックすることである。A、B、CおよびD値の増幅された最終出力が、各チャンネルについて同じである可能性がある、所望の信号強度範囲内にあることが見出された場合、プロセスフローは、可変利得デジタル増幅器の利得が設定された値で保たれるステップ1006に進む。最終出力の任意またはすべてが所望の信号強度範囲を下回る場合、利得は、ステップ1008によって示されるとおり、増大され得、次に最終出力は、ステップ1010によって示されるとおりチェックされる。最終出力が所望の範囲内である場合、最終出力を所望の範囲の外に再び出す可能性がある変動誘導信号変化を克服するために、利得は、ステップ1012に示されるとおり、現在の値よりもわずかに高い値で設定され得る。最終出力が依然として所望の信号強度範囲を下回り、利得が、ステップ1014によってチェックすることが示されるとおりその最大に達していない場合、ステップ1008を通じて利得を増大させ、ステップ1010を通じて最終出力をチェックするプロセスは、最終出力が範囲内に入るまで繰り返され得、利得が、ステップ1012に示されるとおり、設定される。1つの可能性のある例外的なシナリオは、利得がすでに、ステップ1014によって示されるとおりその最大まで増大されているとき、最終出力が依然として所望の範囲を下回ることである。この場合、利得は、ステップ1016に示されるとおりその最大に設定され、データは、依然として処理され得るが、ステップ1018に示されるとおり、ステートメントが、エンドユーザーに提示されて、波面信号が弱すぎるので、データは無効である可能性があると彼/彼女に通知することができる。

他方では、最終出力A、B、CおよびDのいずれかが、所望の信号強度範囲を上回る場合、ステップ1020に示されるとおり、可変利得デジタル増幅器の利得は減少され得、ステップ1022によって示されるとおり最終出力がチェックされる。最終出力のすべてが所望の範囲内にある場合、ステップ1024に示されるとおり、利得は、最終出力を所望の範囲の外に再び出す可能性がある変動誘導信号変化を克服するために、現在の値よりもわずかに低い値で設定され得る。最終出力のいずれかが、依然として所望の信号強度範囲を上回り、かつ利得が、ステップ1026でチェックされるとおり、その最小に達していない場合、ステップ1020を通じて利得を減少させ、かつステップ1022を通じて最終出力をチェックするプロセスは、最終出力すべてが範囲内に入るまで繰り返され得、ステップ1024によって示されるとおり、利得が設定される。

しかしながら、利得がステップ1026でチェックされたときその最小に達していて、かつ最終出力A、B、CおよびDの1つまたは複数が、依然として所望の信号強度範囲を上回る可能性はある。この場合、利得は、ステップ1028で示されるとおり、その最小で保持され、SLD出力は、ステップ1030によって示されるとおり、減少され得る。最終出力A、B、CおよびDは、SLD出力が減少された後、ステップ1032でチェックされ、最終A、B、CおよびD出力が所望の範囲内にあることが見出された場合、ステップ1034によって示されるとおり、SLD出力は、最終出力を所望の範囲の外に再び出す可能性がある変動誘導信号変化を克服するために、現在のレベルよりもわずかに低いレベルで設定される。1つまたは複数の最終出力A、B、CおよびDが依然として所望の範囲を上回り、かつSLD出力が1036のチェックステップを通じてゼロに達していない場合、ステップ1030によって示されるとおりSLD出力を減少させて、ステップ1032によって示されるとおり最終A、B、CおよびD出力をチェックするプロセスは、それらが所望の範囲に達して、SLD出力がステップ1034によって示されるとおりに設定されるまで、繰り返され得る。唯一の例外は、SLD出力がゼロに達し、かつ最終A、B、CおよびD出力の1つまたは複数が依然として所望の範囲を上回っていることである。これは、SLD出力がないとしても、依然として強い波面信号があることを意味する。これは、電子もしくは光学干渉またはクロストークのいずれかがある場合にのみ起こる可能性がある。本発明者らは、ステップ1038によって示されるとおり、SLD出力をゼロに保持して、ステップ1040によって示されるとおり、エンドユーザーに、強い干渉信号があるのでデータは無効であるというメッセージを送信することができる。

上記に加えて、代替として、エンドユーザーはまた、彼/彼女が実際の波面測定結果が申し分ないと感じるまで、SLD出力および可変利得デジタル増幅器の利得を手動で制御することができる。

図9Aおよび図9Bおよび図10に与えられた例示的態様は、信号対ノイズ比を改善するという同じゴールに達成するための多くの可能性のある方法のうちのたった1つであることに留意すべきであり、したがって、概念を説明するものと考えられるべきである。例えば、開始ステップで、SLD出力を、眼の安全性文書要件によって許容されるのと同じ程度のレベルに設定することは絶対に必要というわけではない。SLD出力は、最初に任意のレベルで設定されて、次に、最終出力A、B、CおよびDが所望の範囲内に入るまで増幅器利得と一緒に調節され得る。最初にSLD出力を比較的高いレベルに設定することの優位点は、光学素子またはフォトニクスドメイン、光信号対ノイズ比が、任意の光電子変換前に、最大化され得るということである。しかしながら、これは、他の選択肢ではうまくいかないということを意味するものではない。実際、SLD出力は、最初にゼロに設定されて、最終A、B、CおよびD出力が所望の範囲内に入るまで、増幅器利得の調節と一緒に徐々に増大されてもよい。この場合、プロセスフローのシーケンスおよび詳細に、対応する変化があると考えられる。これらの変化は、本開示の範囲および精神の範囲内と考えられるべきである。

本開示の別の態様は、シーケンシャル眼科波面センサーの位置信号を増幅するための複合トランスインピーダンス増幅器を使用することである。図11は、象限検出器の4象限フォトダイオードの任意の1つの象限（例えば、D1）からの信号を増幅するために使用され得る複合トランスインピーダンス増幅器の一例示的態様を示す。回路は、図9Aに示されるとおりの位置感知検出器回路で使用される。この複合トランスインピーダンス増幅器では、電流電圧変換率は、帰還抵抗器R1の値（これは、例えば、22メグオームであり得る）によって決定され、演算増幅器U1Aの入力と釣り合いをとるために、抵抗器R2によって整合される。分路キャパシターC1およびC2は、抵抗器R1およびR2の寄生容量、またはフィードバックループに加えられた小さいキャパシターのいずれかであり得る。トランスインピーダンス増幅器の安定性および高周波ノイズ低減は、フィードバックループ1150の内側の抵抗器R3、キャパシターC3および演算増幅器U2Aによって形成される低域フィルターに由来する。この回路において、+Vrefは、接地と+Vccとの間のいくらかの正の基準電圧である。出力信号（出力A）はR1に比例するが、ノイズはR1の平方根に比例するので、したがって信号対ノイズ比は、R1の平方根に比例して増大する（R1のジョンソンノイズによって支配されているため）。

先行技術の高帯域幅波面センサーは一般に、複合トランスインピーダンス増幅器よりもむしろ標準トランスインピーダンス増幅器のみを使用することに留意されたい（例えば、S. Abado, et. al. "Two-dimensional High-Bandwidth Shack-Hartmann Wavefront Sensor: Design Guidelines and Evaluation Testing", Optical Engineering, 49(6), 064403, June 2010を参照されたい）。加えて、先行技術の波面センサーは、純粋にシーケンシャルではなく、何らかの形で並行である。さらに、それらは、本シーケンシャル眼科波面センサーが直面するのと同じ、弱いが同期されかつパルス状の光信号の課題には直面しない。何らかの形で組み合わされるとき、シーケンシャル眼科波面センサーでの光信号の増幅への適用の観点から、本開示の複合トランスインピーダンス増幅器に一意的に関連する特徴は、以下を含む:（1）電流電圧変換精度を改善するために、抵抗器R2によって実質的に整合されるR1の選択された帰還抵抗器値は非常に高い；（2）R1およびR2の大きい抵抗値からのノイズ寄与を減少させ、同時に適切な信号帯域幅を維持するために、2つの分路キャパシターC1およびC2は、非常に低いキャパシタンス値を有する；（3）フィードバックループ内側のR3、C3およびU2Aによって形成される低域フィルターは、実質的に安定性を改善し、またトランスインピーダンス増幅器の高周波ノイズを実質的に減少させる；（4）ロックイン検出を達成するために、正の基準電圧+Vrefは、SLDおよびMEMSスキャナーの駆動信号に位相ロックされた適切にスケーリングされたDC信号であり、それは接地と+Vccとの間である。さらに、最適な信号対ノイズ比を達成するために、最小末端キャパシタンスを有する象限センサーが、好ましくは選択され；4つの象限のうちの任意の2つの間のいかなる分路伝導も避けるために、それら象限の間の良好なチャンネル分離が好ましい。

上記回路に加えて、位置感知検出器によりアナログ電流信号に変換された光信号はまた、従来のトランスインピーダンス増幅器にAC結合されて、増幅され、次に、標準のロックイン検出回路と組み合わされて、そうでなければ目的の信号よりもはるかに大きい可能性があるノイズによって不明瞭にされる小さい信号を回復することができる。図12は、そのような組み合わせの一例示的態様を示す。トランスインピーダンス増幅器1295からの出力信号は、SLDを駆動してパルスさせる基準信号にロックされる位相ロックループ1297の出力と、ミクサー1296でミキシングされる（すなわち、掛け合わされる）。ミクサー1296の出力は、低域フィルター1298を通過させて、混合信号の和周波数成分を除去し、低域フィルターの時定数は、等価ノイズ帯域幅を減少させるように選択される。低域フィルタリングされた信号は、信号経路のさらに下流でのアナログ/デジタル（A/D）変換のために、さらに別の増幅器1299によって増幅され得る。

上記ロックイン検出回路の代替は、「暗」レベルを記録するためにSLDが点灯される直前にA/D変換を始動し、「明」レベルを記録するためにSLDが点灯された直後にA/D変換を始動することである。次に、差が、干渉の影響を除去するために計算され得る。さらに別の態様は、SLDが点灯された直後にA/D変換を始動することか、または干渉影響が最小である場合、「暗」レベルを無視しながら「明」レベルを記録することである。

光信号検出回路に加えて、次に不可欠な電子的に制御される部品は、波面スキャナー/シフターである。一態様において、波面スキャナー/シフターは、マイクロプロセッサーによって制御される4つのD/A変換器によって駆動される、電磁MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）アナログステアリングミラーである。一例において、D/A変換器の2つのチャンネルは、位相で90度離れた正弦波を出力し、他の2つのチャンネルは、XおよびYのDCオフセット電圧を出力して、波面サンプリング環状リングの中心を導く。正弦および余弦電子波形の振幅は、波面サンプリング環状リングの直径を決定し、それは、種々の眼の瞳孔直径に合わせるため、ならびに眼の瞳孔領域内の所望の直径を有する波面の1つまたは複数の環状リング周囲を意図的にサンプリングするために、変えることができる。XおよびY幅のアスペクト比はまた、ミラーが波面ビームを横に反射するとき円形スキャニングが行われることを確実にするように制御され得る。

図13A〜13Fは、MEMSスキャナーおよびSLDパルスの同期化がどのように、リング状に配列された複数の検出器によって波面がサンプリングされた場合と同じ結果を作り出すかを図示する。

図13Aでは、MEMS1312は、SLDパルスが発射されるとき、波面全体が下方にシフトされるように方向付けられる。この場合、アパーチャ1332は、円形波面セクションの上部の部分をサンプリングする。

図13Bでは、波面は、アパーチャが円形波面セクションの右の部分をサンプリングするように、左方向にシフトされ、図13Cでは、波面は、アパーチャが円形波面セクションの底部の部分をサンプリングように上方にシフトされ、図13Dでは、波面は、アパーチャが円形波面セクションの左の部分をサンプリングするように右方向にシフトされる。

図13Eは、1サイクルにつき4つのパルスのシーケンシャルスキャニングシーケンスが、リング状に配列された4つの検出器で波面セクションをサンプリングすることと等価であることを示す。

別の例において、SLDは、MEMSスキャナーと同期され得、8つのSLDパルスは、8つのサブ波面が各MEMSスキャニング回転毎、ゆえに各波面サンプリング環状リング回転毎にサンプリングされることを可能にするように、発射され得る。SLDパルス発射は、8つのパルスのうち4つの奇数または偶数のパルスがMEMSスキャナーのXおよびY軸と整列され、その他の4つのパルスは、X軸とY軸との間のリング上の中間に配列されるように、タイミングを計られ得る。図13Fは、MEMSスキャニング回転および相対SLD発射位置の結果として生じるパターンを示す。SLDパルスの数は、8つに制限される必要はなく、任意の数であり得、SLDパルスは、等しい時間間隔を空ける必要はなく、それらはMEMSスキャナーのXおよびY軸と整列される必要もないことに留意すべきである。

代替として、例えば、相対的タイミングおよび/またはMEMSスキャナーの駆動信号に対するSLD発射のパルスの数を変更することによって、本発明者らは、サンプリングされるべき波面の部分を選択し、また波面をサンプリングするという観点でより高い空間解像度も達成するために、波面サンプリング環状リングに沿って波面サンプリング位置をシフトすることができる。図14は、8つの波面サンプリング位置がSLDパルスをわずかに遅延させることによって図13Fに示される位置から15°離れるようシフトされている例を示す。

別の代替として、本発明者らが第一のフレーム上で0°、第二のフレーム上で15°、および第三のフレーム上で30°のオフセット角度で波面をサンプリングし、このパターンを繰り返す場合、本発明者らは、複数のフレームからのデータが集合的に処理されるとき、増大された空間解像度で波面をサンプリングすることができる。図15は、そのようなパターンを示す。SLDの初期発射時間のこのフレーム毎の漸増は、任意の環状波面サンプリングリングに沿って任意の所望の空間解像度に達するように、任意所望であるが実用的なタイミング精度で、実行され得ることに留意されたい。加えて、MEMSスキャナーの正弦波および余弦波駆動信号の振幅における変化を組み合わせることによって、本発明者らは、異なる直径を有する異なる環状リングをサンプリングすることができる。このようにして、波面全体のシーケンシャルサンプリングは、極座標系の半径方向と角度寸法との両方における任意の所望の空間解像度で達成され得る。これは多くの可能性のあるシーケンシャル波面スキャニング/サンプリングスキームのたった一例であることに留意すべきである。例えば、同様のアプローチは、ラスタースキャニングの場合に適用され得る。

上記のように、図9Bを参照して、位置感知デバイス/検出器（PSD）上に到着する、シーケンシャルにサンプリングされた異なるサブ波面像スポットのセントロイド位置を解釈する観点から、周知の標準的レシオメトリック式が使用され得る。象限検出器または横効果型位置感知検出器がPSDとして使用され、そのX-Y軸が、MEMSスキャナーの軸の向きと整列され、それによりそれらは同じXおよびY軸を有するということは好ましいが、これは絶対に必要というわけではない。例えば、象限検出器の場合では、シーケンシャルにサンプリングされたサブ波面像スポットのレシオメトリックなXおよびY値は、4つの象限A、B、C、およびDの各々からの信号強度に基づいて表され得る:
X=(A+B-C-D)/(A+B+C+D)
Y=(A+D-B-C)/(A+B+C+D)

一般に、XおよびYのこれらのレシオメトリック値は、高度に正確な、セントロイドの横方向変位または位置を直接与えるものではなく、理由は、例えば象限検出器の応答は、ギャップ距離、サンプリングされたサブ波面の局所平均チルトおよび局所発散/収束を含む多くの要因に依存する像スポットサイズ、ならびにサブ波面サンプリングアパーチャの形状およびサイズの作用でもあるからである。本発明の一態様は、サンプリングされたサブ波面チルトがより正確に決定され得るように、関係または式を修正することである。

一態様において、レシオメトリック測定結果と実際のセントロイド変位との関係は、理論的および/または実験的に決定され、レシオメトリック式は、セントロイド位置をより正確に反映するように修正される。図16は、レシオメトリック推定値とX軸またはY軸のいずれかに沿う実際のセントロイド変位または位置との間の理論的に決定された関係の一例を示す。

この非線形性のため、効果の近似逆が、元の式に適用されて、レシオメトリック（X，Y）と実際のセントロイド位置（X'，Y'）との間の修正された関係をもたらすことができる。以下は、そのような逆相関のほんの一例である。
X'=PrimeA*X/(1-X²/PrimeB)
Y'=PrimeB*Y/(1-Y²/PrimeB)
式中、PrimeAおよびPrimeBは定数である。

上記で示された関係または式は例示であり、同じ目標を達成するために使用され得る可能性のあるアプローチに対する限定であるとは意図されないことに留意すべきである。実際、上記修正は、その像スポットがXまたはY軸のみに沿って変位されたときの、ある特定の強度プロファイルのサンプリングされたサブ波面のセントロイド位置のためのものである。像スポットがXおよびYの両方において変位された場合、特に、より高度な測定精度が所望の場合は、さらなる修正が必要とされる。一例示的態様において、（X，Y）に関して象限検出器が報告するレシオメトリック結果と実際のセントロイド位置（X'，Y'）との間の、データ行列の形式の実験的に決定された関係が確立され得、逆の関係が、各（X，Y）データ点を新しいセントロイド（X'，Y'）データ点に変換するために確立され得る。

図17は、修正された関係を得るため、およびより正確な波面収差測定をもたらすために、どのように較正が実行され得るかを示す例示的フローダイヤグラムを示す。第一のステップ1705において、波面は、種々の手段を使用して、例えば、眼モデルから、あるいは、例えば異なる発散および収束を有するかまたは異なる波面収差を有する異なる波面を生成することができる可変ミラーのような波面マニピュレーターから、作り出され得る。第二のステップ1710において、サンプリングされた異なるサブ波面の実際のセントロイド位置（X'，Y'）は、実験的に測定されたレシオメトリック値（X，Y）と比較されて、（X'，Y'）と（X，Y）との間の関係を得ることができる。一方で、較正された波面チルトおよび、ゆえに光屈折値 対 セントロイドデータ点位置が得られ得る。第三のステップ1715において、実在の眼の測定を行うことができ、得られた関係は、セントロイド位置および、ゆえにサンプリングされた、実在の眼からのサブ波面チルトを決定するために使用され得る。第四のステップ1720において、決定されたセントロイド位置またはサンプリングされたサブ波面のチルトは、波面収差または実在の眼の屈折異常を決定するために使用され得る。

第一および第二の較正関連ステップは、構築された各波面センサーシステムについて一回実行することができ、第三および第四のステップは、好きなだけ何回でも実在の眼の測定について繰り返すことができることに留意すべきである。しかしながら、これは、較正ステップは、たった一回だけ行われるべきであるということを意味しない。実際、較正ステップを周期的に繰り返すことは有益である。

本開示の一態様として、較正ステップまたは部分的較正は、図9Aに示されるとおりのマイクロプロセッサーによって駆動される内部較正標的を使用して、製造業者またはエンドユーザーが好むたび頻繁に繰り返され得る。例えば、内部較正標的は、システムの電源が入れられるたび、またはエンドユーザーが所望するように自動または手動での実在の眼の各測定前でさえ、光学波面リレービーム路内に一時的に動かされ得る。より実質的に包括的な較正が提供されるまたは提供され得るので、内部較正はすべてのデータ点を提供する必要はない。むしろ、内部較正標的は、幾つかのデータ点を提供する必要があるだけである。これらのデータ点を用いて、波面センサーの光学的整列が無傷であるかどうか、あるいは温度変化および/または機械的衝撃のような環境要因が波面センサーの光学的整列を妨害しているかどうかを実験的に確認することができる。その結果、これは、完全に新しい包括的な較正を行う必要があるかどうか、あるいはいくつかのソフトウェアに基づく小さい補正が、正確な実在の眼の波面測定を確実にするのに十分であるかどうかを決定する。あるいは、内部較正標的を使用して測定された基準波面収差によって、波面センサー光学系が有する固有の光学系収差を解明することができ、実在の眼の波面収差は、測定された全体の波面収差から、光学系に誘導された波面収差を引くことによって決定され得る。

本開示の別の態様として、また較正標的（内部または外部）を使用して、SLD発射パルスとMEMSミラースキャニング位置との間の初期時間遅延、またはある特定の波面サンプリング環状リングに沿うサブ波面サンプリング位置とMEMSミラースキャニング位置との間のオフセット角度を決定することができる。また同じ較正ステップを使用して、SLD発射時間がMEMSスキャンミラー位置に対して十分に正確であるかどうか、および、ある特定の所望の精度からの何らかのずれはあるかどうかを決定することができ、その後、電子機器ハードウェアに基づく補正または純粋なソフトウェアに基づく補正のいずれかが、SLD発射時間またはMEMSスキャニング駆動信号を微調整するために実行され得る。

本開示のさらに別の態様として、較正（内部または外部）が、光学的整列が外れていることを検出した場合、または実在の眼の測定の場合に眼が最良の位置ではないが、波面測定が依然としてソフトウェア補正を用いて行われ得る範囲内に位置していることが見出された場合、ソフトウェアに基づく調節が、図4を参照して説明したようにそのような整列ずれに応じるために実施され得る。

別の例示的態様において、8つのサブ波面が、較正標的または実在の眼のいずれかから生成された波面の環状リング周囲でサンプリングされ、例えば、PSD横方向位置シフトまたは患者の眼からの波面のプリズム波面チルトの結果として、8つの測定されたサブ波面チルト（X'(i)，Y'(i)）（式中、i=0、1、2、...、7）のセントロイド追跡中心オフセットがあることが見出された場合、8つのデータ点は、新しいデカルト座標（Xtr，Ytr）を与えられ、かつデータ点の新しいセット（Xtr(i)，Ytr(i)）（式中、i=0、1、2、...、7）として表されるように、（X'，Y'）デカルト座標の平行移動が実施され得、セントロイドデータ点のクラスター中心は、今や新しい原点（Xtr=0，Ytr=0）に置かれる。このように、例えば、サブ波面サンプリングアパーチャと位置感知検出器/デバイスとの間の整列ずれから生じる、全体のプリズム波面チルトの出現をもたらすいかなる影響も、測定された波面からフィルタリングにより除去され得る。結果として、残りのデータ処理は、屈折異常および/または波面の高次収差を解明することに集中され得る。

シーケンシャル波面サンプリングは、本発明者らが環状リング上でサンプリングしている場所を、各々の個々にサンプリングされたサブ波面セントロイド位置の変位と相関させることができるという固有の優位性を有することに留意されたい。

上記のように、サンプリングされた波面部分のセントロイドの変位は、PSDによって発生された出力信号から計算されたレシオメトリックXおよびY値を使用して決定される。これらの出力値の位置は、対象の眼の眼科特徴を決定するために、フロントエンドまたはバックエンド電子処理システムによって分析され得る幾何学的パターンを形成する。これらのパターンの形成および分析は、図9Cに図示される。図9Cでは、変位は、それらがモニターに表示されたかのように示されている。しかしながら、他の例示的態様では、変位は、フロントエンド処理システムによってソフトウェアとして実行されるアルゴリズムによって処理され、ユーザーに必ずしも表示されるとは限らない。

図9Cは、平面状の波面、デフォーカスおよび非点収差、サブ波面集束レンズの後ろにある象限検出器上の関連する像スポット位置、ならびに、モニター上に2Dデータ点パターンとして表示されるときの対応するセントロイド位置のシーケンシャルな動きの、多くの代表的な状況を示す。本発明者らは、サンプリングされ、異なるサブ波面として同じサブ波面集束レンズおよび象限検出器上に投影される、多くのシフトされた波面を描写する代わりに、図13A〜Eを参照して上記した等価代表例を挙げて、多くのサブ波面を同じ環状リング周囲に描き、したがって、多くの象限検出器を同じ環状リング周囲に描いて、波面の異なる部分をスキャンするケースを単一のサブ波面集束レンズおよび単一の象限検出器として表すようにしているということに留意されたい。

本発明者らは、波面環状リング周囲をスキャンすることを上部サブ波面から開始し、矢印9009によって示されるように、時計回り方向に、右側の第二のサブ波面などに移動すると仮定する。波面が平面波9001であるとき、すべてのサブ波面（例えば、9002）は、象限検出器9004の中心で像スポット9003を形成し、結果として、モニター9006上のセントロイドトレース9005もまた、常にx-y座標の原点にあるということが図9Cから分かる。

入力波面が、9011によって示されるように発散するとき、各サブ波面9012の像スポット9013の中心は、象限検出器9014の中心から等量のずれで、波面中心から半径方向外側にあり、結果として、モニター9016上のトレース9015は、上部位置9017から出発し、矢印9018によって示されるような、時計回りの円形である。他方で、入力波面が、9021によって示されるように収束する場合、各サブ波面9022の像スポット9023の中心は、象限検出器9024の中心から等量のずれで、波面の中心に対して半径方向内側にある。結果として、モニター9026上のセントロイドトレース9025は、依然として円形であるが、底部位置9027から出発し、依然として矢印9028に示されるように時計回りである。したがって、x軸セントロイド位置およびy軸セントロイド位置の両方についての符号変換が検出されるとき、入力波面が発散ビームから収束ビームへ、またはその逆に変化していることが、指標である。さらに、セントロイドトレースの出発点はまた、入力波面が発散しているかまたは収束しているかを示すための基準として使用されてもよい。

入力波面が非点収差であるとき、波面が9031aによって示されるように垂直方向に発散し、9031bによって示されるように水平方向に収束することが起こり得ることは、図9Cからも分かる。結果として、垂直サブ波面9033aのセントロイド位置は、入力波面の中心に対して半径方向外側に位置し、水平サブ波面9033bのセントロイド位置は、入力波面の中心に対して半径方向内側に位置する。その結果として、モニター9036上のセントロイドトレース9035は、上部位置9037から出発するが、矢印9038によって示されるように反時計回りに移動し、ゆえに、セントロイドトレース回転は今や逆になる。

同様の議論を用いて、入力波面が非点収差であるが、すべてのサブ波面が完全に発散するかまたは完全に収束するかのいずれかである場合、セントロイドトレースの回転は、時計回りである（すなわち、逆にならない）が、しかしながら、非点収差の場合に関して、1つの非点収差軸に沿うサブ波面が他の軸に沿うサブ波面よりも発散性または収束性であるので、モニター上のセントロイドのトレースは、円形よりもむしろ楕円形となるということを解明することは難しくない。

より一般的な非点収差の波面について、セントロイドトレースは、楕円形もしくは円形のいずれかのトレースで逆の方向に回転するか、あるいは、セントロイドトレースは、通常の時計回り回転方向に回転するが、トレースが楕円形であるかの、いずれかである。楕円の軸は、中心に対して任意の半径方向であり得、それは、非点収差の軸を示す。そのような場合では、環状リング周囲の4つのサブ波面は、非点収差の軸を正確に決定するのに十分ではない場合があり、より多くのサブ波面（4つの代わりに8、16、または32のような）が、環状リング周囲でサンプリングされ得る。

例えば、ヒト眼から来る発散球面波面 対 収束球面波面について要約するために、眼の瞳孔の環状リング周囲でシーケンシャルにサンプリングされたサブ波面は、円形の周囲に配列されているシーケンシャルセントロイドデータ点をもたらすが、波面が発散するかまたは収束するかに依存して、各データ点は、異なる対向する位置に到着する。言い換えれば、発散波面について、例えば、本発明者らは、ある特定のデータ点（例えばi=0）がある特定の位置（例えば（Xtr(0)，Ytr(0)）=（0，0.5）にあることを予想する場合；同じ球半径だが異なる符号の収束波面について、本発明者らは、同じデータ点が対向する場所にあることを予想する（例えば（Xtr(0)，Ytr(0)）=（0，-0.5）。他方では、元の波面が、球面および円柱の両成分を有する場合、セントロイドデータ点は、正転楕円であり得る楕円、直線、非正転または逆転楕円、および非正転または逆転円を描く。これらのシナリオは、共同譲渡されたUS7445335および共同譲渡されたUS8100530に詳細が論じられている。

本開示の一態様は、セントロイドデータ点を等価楕円として説明するために、長軸および短軸の正および負の両方の値を使用することである。例えば、全発散波面は、正の長軸および短軸を有すると定義され得、全収束波面は、「負の」長軸および短軸を生成すると定義され得る。

図18は、三角法の式を使用してシーケンシャル楕円のグラフィカル表現を示す（ここで、U(t)=a・cos(t)、V(t)=b・sin(t)、aは大きい方の円の半径であり、bは小さい方の円の半径である）。見て分かるように、a＞b＞0で、すなわち、aおよびbの両方が正で、楕円は、反時計回りに回転する。したがって、楕円上の点は、球面および円柱の両方の屈折異常成分を有する全発散波面のシーケンシャルに計算されたセントロイド変位を表すことができ、ここで発散度は、水平方向と垂直方向とで異なる。a=bの場合、楕円は、発散球面波面を表し、発散度は、水平方向と垂直方向とで同じである。0＜t₀＜π/2のt₀値を仮定すると、点（U(t₀)，V(t₀)）は、U-Vデカルト座標の第一象限内にある。

この図18の特定の例において、ならびに図19、20および21において、本発明者らは、デカルト座標軸UおよびVは、象限検出器軸xおよびyと整列されると仮定し、同時に、本発明者らはまた、非点収差軸は、xまたはy軸にも沿うと仮定したことに留意されたい。したがって、図18〜21に示されるとおりの楕円は、水平または垂直に方向付けられる。

長軸および短軸が共に負である場合、本発明者らは、それらを-aおよび-bと表現することができる。この図19に示されるようなこの場合には、対応するシーケンシャル楕円は、U(t)=-a・cos(t)、V(t)=-b・sin(t)(ここで、a＞b＞0、両方とも負の-aおよび-b）によって表される。これは、依然として反時計回りに回転する楕円をもたらす。これは、収束度が水平方向と垂直方向とで異なる、球面および円柱の両方の屈折異常成分を有する全収束波面を表すと見なされ得る。a=bの場合、それは、収束度が水平方向と垂直方向とで同じである収束球面波面を表す。0＜t₀＜π/2のt₀値で、点（U(t₀)，V(t₀)）は今や、U-Vデカルト座標の第三象限内の、図18と比べて座標原点の反対側にある。

長軸が正であり、かつ短軸が負である場合、本発明者らは、それらをaおよび-bと表現することができる。この図20に示されるようなこの場合には、対応するシーケンシャル楕円は、U(t)=a・cos(t)、V(t)=-b・sin(t)（ここで、a＞b＞0、正のaおよび負の-b）によって表される。これは、第四象限から出発して時計回りに回転する楕円をもたらす。これは、水平発散度と垂直収束度が異なる、球面および円柱の両方の屈折異常成分を有する、水平に発散しかつ垂直に収束する波面を表すと見なされ得る。a=bの場合、それは、水平発散度と垂直収束度が同じである、水平に発散しかつ垂直に収束する円柱波面を表す。0＜t₀＜π/2のt₀値で、点（U(t₀)，V(t₀)）は今や、U-Vデカルト座標の第四象限内にある。

長軸が負であり、かつ短軸が正である場合、本発明者らは、それらを-aおよびbと表現することができる。図21に示されるようなこの場合には、対応するシーケンシャル楕円は、U(t)=-a・cos(t)、V(t)=b・sin(t)（ここで、a＞b＞0、負の-aおよび正のb）によって表される。これは、第二象限から出発して時計回りに回転する楕円をもたらす。これは、水平収束度と垂直発散度が異なる、球面および円柱の両方の屈折異常成分を有する、水平に収束しかつ垂直に発散する波面を表すと見なされ得る。a=bの場合、それは、水平収束度と垂直発散度が同じである、水平に収束しかつ垂直に発散する円柱波面を表す。0＜t₀＜π/2のt₀値で、点（U(t₀)，V(t₀)）は今や、U-Vデカルト座標の第二象限内の、図20と比べて座標原点の反対側にある。

発散波面の「正」対「負」軸への割り当ては、本発明者らがそれらを区別する限り、任意であり、逆になり得ることに留意されたい。軸の正方向を入れ替えてもよい。例えば、U軸は、右側を指す代わりに上方を指してもよく、V軸は、上方を指す代わりに右側を指してもよい。この場合、図22に示されるように、断続線によって表される面でサンプリングされた発散球面波面から予想されるシーケンシャルセントロイドデータ点は、図22において数字および矢印によって示されるとおりの、もたらされたデータ点位置および極性を有する時計回りの円である。シーケンシャルな回転方向は、異なる軸極性の割り当てに起因して、図18と比べて変化していることに留意されたい。同様に、同じ場合に、図23に示されるように、断続線によって表される面でサンプリングされた収束球面波面から予想されるシーケンシャルセントロイドデータ点は、図23において数字および矢印によって示されるとおりの、もたらされたデータ点位置および極性を有する時計回りの円である。サンプリング波面が発散から収束に変化すると、番号が付けられたデータ点が図22中の元の位置から図23中の反対位置へと入れ替わることに注目されたい。

本開示の一態様は、XtrまたはYtr軸に対するデータ点ベクトルの初期オフセット角度を決定するために較正（内部または外部）を使用することである。本開示の別の態様は、較正セントロイドデータ点の少なくとも1つ、例えばi=0データ点（U(0)，V(0)）が新しいデカルト座標U-VのU軸またはV軸のいずれかの上に整列されるように、オフセット角度によってデカルト座標（Xtr，Ytr）を別のデカルト座標（U，V）に回転させることである。このやりかたで、データ点（U(i)，V(i)）（ここで、i=0、1、2、...、7）として表現される測定されたサブ波面チルト（データ点の少なくとも1つはU軸またはV軸のいずれかの上に整列される）は、楕円に容易に相関され得、および/または、サブ波面チルトは、相関する楕円上にあるかのように平均され得る（楕円パラメーターが、サンプリングされた波面の球面および円柱ジオプトリー値と相関され、かつ長軸および/または短軸方向が、サンプリングされた波面の円柱軸と相関される）。

図24は、元のX-Y座標から平行移動したXtr-Ytr座標への、さらに回転してU-V座標への、シーケンシャル楕円に当てはめられる8つのシーケンシャルにサンプリングされたセントロイドデータ点の、デカルト座標の平行移動および回転を示す。全発散波面および示された座標軸選択について、シーケンシャルな回転方向は時計回りであることに留意されたい。この例において、8つのシーケンシャルに得られたデータ点の中心が最初に決定され、X-Y座標は、Xtr-Ytr座標に平行移動され、ここでXtr-Ytr座標の原点は8つのシーケンシャルに得られたデータ点の中心である。次に、当てはめられた楕円の長軸および短軸（上記で論じたとおりのそれらの対応する軸極性を有する）が、デジタルデータ処理を通して得られ、当てはめられた楕円の長軸または短軸を、Xtr-Ytr座標と同じ原点を有するU-V座標のUまたはV軸と整列させることによって、座標回転が実施される。この例において、第一のデータ点（点0）はすでにU軸と整列されているか、またはU軸上に位置するということに留意されたい。より一般的な状況では、これが当てはまらないこともあり得る。しかしながら、第一のデータ点（点0）をU軸と整列させることがデータ処理を助ける場合、MEMSスキャナーの駆動信号に対するSLDの発射時間は、この整列を可能にするように調節され得、2つの信号間の位相遅延は、データ処理の単純化のために使用され得る。

本開示の、環状リング周囲での波面サンプリング、座標変換、および関連するデータ処理は、球面円柱ジオプトリー値が単に（U(i)，V(i)）データ点値の関数として分析的に表現され得、そのようにしてデータ処理が実質的に単純化され、極めて迅速に実行され得るという利点を有する。言い換えれば、データ点（U(i)，V(i)）は今や、式U(t)=a・cos(t)およびV(t)=b・sin(t)（ここで、aおよびbはそれぞれ長軸および短軸であり、正または負の値を有することができる）を用いて、正準位置（原点における中心、U軸に沿う長軸）で楕円に容易に当てはめられ得る。

このアルゴリズムは、広いダイナミックレンジにわたる眼波面のリアルタイム高精度測定を可能にする。U、V軸が楕円を正準位置に当てはめるように回転されるとき、楕円の向きは、非点収差の軸を示す。さらに、aおよびbの大きさは、発散性および収束性の非点収差成分の相対的な大きさを示し、回転の方向は、どの成分が発散し、どの成分が収束するかを識別するのを助ける。結果として、外科的視力矯正手技のリアルタイム調整（titration）が実施され得る。特に、リアルタイム波面測定結果を使用して、角膜輪部減張切開術（LRI）および/または非点収差の角膜切開術（AK）の手術ならびにトーリックIOL（眼内レンズ）の回転調整を、指示する、および/または整列させる、および/またはガイドすることができる。

図25は、図24の特別な場合である、座標回転変換およびU-V座標上の8つのセントロイドデータ点の結果を示しており、左側は、等しい正の長軸および短軸を有する発散球面波面に対応し、右側は、等しい負の長軸および短軸を有する収束球面波面に対応する。ここでもまた、サンプリング波面が発散から収束に変化すると、番号が付けられたデータ点が元の位置から反対位置へと入れ替わることに注目されたい。

球面成分上に重ねられた非点収差の成分があるとき、共同譲渡されたUS7445335および共同譲渡されたUS8100530で論じされているように、球面波面チルトと比較した非点収差の波面チルトに依存して、多くのセントロイドデータ点トレースのシナリオが生じる。前述したデカルト座標変換で、セントロイドデータ点は、データ点の少なくとも1つがUまたはV軸のいずれかと整列されるが、異なる楕円形状および向きを有する、U-V座標の原点を中心とするパターンを描くことができる。パターンの形状は、正の長軸および正の短軸の両方を有する正転楕円、正もしくは負の長軸を有するかまたは正もしくは負の短軸を有する直線、負の長軸および正の短軸を有するかまたは正の長軸および負の短軸を有する非正転または逆転楕円、および正の長軸および負の短軸を有するかまたは負の長軸および正の短軸を有するかのいずれかの非正転または逆転円を含む。

本発明者らは、シーケンシャルに波面を測定しているので、円形トレースの場合には、本発明者らは、3つの異なる円形トレースパターン（発散球面円、収束球面円、および非点収差の逆転円）を区別することができる。これは、軸極性が、波面サンプルが収集される順番によって決定されるためである。実際、一方の軸（長軸または短軸）は、他方の軸（短軸または長軸）とは異なる符号または極性を有するので、非点収差の逆転円は、楕円に有効に相関される。楕円または直線または逆転円の向きは、長軸または短軸方向から決定され得、0〜180度の間の任意の角度であり得、それはまた、検眼士および眼科医によって十分に受け入れられる習慣である。長軸および/または短軸の割り当ては任意であり、したがって長軸の絶対長さが短軸の絶対長さよりも長くあるべき必要はないということに留意すべきである。割り当ては、眼からの波面と関連付けられる屈折異常の計算を容易にすることのみを意図している。

1つの環状リング周囲の波面をサンプリングすることに加えて、異なる直径の複数の環状リング、または波面の複数の同心環状リングがサンプリングされ得るということにもまた留意すべきである。そうすることで、2D波面マップが得られ、エンドユーザーに提供され得る。波面センサーの環状リングサンプリングサイズを動的に変化させることによって、角膜視野全体にわたる対象の無水晶体状態を確認することもできる。

さらに別の態様において、MEMSスキャニングミラーが、操作されて、スパイラルパターンまたは可変半径の同心リングでサブ波面をサンプリングし、高次収差の検出を可能にすることができる。ゼルニケ分解が実施されて、トレフォイル、コマ、および球面収差のような高次収差を含むすべての波面収差係数を抽出することができる。例えば、コマは、スキャン半径が増加されるかまたは減少される際の波面の横シフトを検出することによって決定され得る。環状リング毎のサンプル数が3で割り切れるならば、スキャン半径が増加されるかまたは減少されるときに逆になる三角パターンをドットが形成するときに、トレフォイルが検出され得る。

任意の2つの波面サンプリング点の間の有効間隔は、SLD発射時間およびMEMSスキャンミラーの駆動信号振幅を制御することによって制御され得る。アパーチャが電子的に可変である場合にフロントエンド処理システムによって達成され得るサブ波面サンプリングアパーチャのサイズを減らすことに加えて、波面のより高度な空間精度/解像度サンプリングはまた、SLD発射時間を正確に制御し、SLDパルス幅も減らし、かつMEMSスキャンミラー振幅または位置の制御における精度を増すことによって、達成され得る。この点において、MEMSスキャンミラーは、閉ループサーボモードで操作され得、MEMSミラースキャン角度モニター信号は、マイクロプロセッサーおよび/または電子機器制御システムにフィードバックされて、良好なスキャン角度制御精度を達成するようにスキャン角度駆動信号を制御する。他方では、さらなる平均化は、サブ波面サンプリングアパーチャのサイズを増すこと、またはSLDのパルス幅を増すことでも、達成され得る。したがって、本開示の別の態様は、空間的波面サンプリングにおけるより高度な精度/解像度か、または空間的波面サンプリングにおけるさらなる平均化かのいずれかを達成するように、SLDおよび波面シフター/スキャナーを制御するために電子機器を使用することである。より高度な精度/解像度空間的波面サンプリングは、高次収差測定に所望され、より平均化された空間的波面サンプリングは、球面および円柱光屈折値の観点からの波面の屈折異常、ならびに円柱の軸または非点収差を測定するのに所望される。

前述のデカルト座標の平行移動および回転は、屈折異常および波面収差の計算を容易にするために利用され得る多くの可能性のある座標系変換の1つに過ぎないことに留意すべきである。例えば、極座標または非垂直軸に基づく座標変換のような非デカルト座標が、使用され得る。したがって、波面収差および屈折異常の計算を容易にするために座標変換を使用する概念範囲は、デカルト座標に限定されるべきではない。変換は、デカルト座標と極座標の間であってもよい。

実際には、患者の眼からの波面は、球面および円柱屈折異常に加えて高次収差を含み得る。しかしながら、白内障屈折手術のようなほとんどの視力矯正手技について、概して、球面および円柱屈折異常のみが補正される。したがって、平均化の必要性は、最良の球面および円柱補正光屈折値ならびに円柱軸角度が見出されて処方され得るように、所望される。本開示は、セントロイドデータ点を楕円と相関させるときに考慮される長軸および短軸の極性とともに、1つまたは複数の環状リングにわたってセントロイドトレースを平均化し、1つまたは複数の楕円と相関させることによるような用途に非常に適しており、球面および円柱光屈折値ならびに円柱軸の観点から与えられた、結果として生じる処方は、既に、高次収差の影響を平均化することを含んでいる。他方では、アルゴリズムおよびデータ処理はまた、セントロイドデータ点と楕円との相関がどれほど近いかを計算することによって、どれほど多くの高次収差が波面内に存在するかをエンドユーザーに教えることができる。

図26は、球面および円柱光屈折値ならびに円柱軸角度をデコードする際の、一例示的態様プロセスフローダイヤグラムを示す。システムを較正するために内部較正標的を波面リレー路内に動かし、オフセット角度を得るステップ2605、SLDパルス遅延とオフセット角度値との間の関係を得るステップ2610、および内部較正標的を波面リレービーム路の外に動かすステップ2615を含む較正ステップは、上記で論じたように、任意の測定の前に1日1回など、実在の眼の多くの測定に対して1回実施され得るか、または各眼測定前に1回など、複数回実施され得る。

ひとたびオフセット角度情報が得られたら、オフセット角度を変更するかまたは調節するための任意のステップ2620があり、これは、SLDパルス遅延またはMEMSスキャンミラーに送信される正弦波および余弦波駆動信号の初期位相を変更することによって達成され得る。例えば、球面基準波面を用いて、オフセット角度は、セントロイドデータ点の1つがXまたはY軸と整列されるように調節され得、この場合、さらに座標回転変換を行うことは必要ない。これにより、データ処理の負担を減らすことができる。

次のステップ2625では、セントロイドデータ点位置は、上記で論じたように、A、B、C、D値からレシオメトリック値（X，Y）へ、修正されたセントロイド位置値（X'，Y'）へ、平行移動したセントロイド位置値（Xtr，Ytr）へと、計算され得る。MEMSミラースキャニングに対するSLDパルス遅延が、セントロイドデータ点の1つが既にXtrまたはYtr軸上にあるように制御され得る場合、（Xtr，Ytr）から（U，V）への座標回転変換を含む、続くステップ2630は任意であり得る。

波面が球面であるかどうかを決定する次のステップ2635では、本発明者らは、異なる方法で、（Xtr=0，Ytr=0）または（U=0，V=0）原点に対するセントロイドデータ点ベクトルのいくつか（例えば垂直方向の対）またはすべての大きさまたは長さを比較することができる。例えば、すべてのベクトルの大きさまたは長さの標準偏差が、所定の基準値未満である（例えば、0.25Dシリンダー未満に対応する値）の場合、本発明者らは、波面を球面であると扱うことができる。あるいは、本発明者らは、いくつかまたはすべてのデータ点ベクトルのベクトルの大きさを比較することができ、それらの大きさが実質的に等しく、かつそれらの差が、所定の基準値未満である場合、波面は、球面と見なされ得る。

そのような球面波面の場合、図26に示されるとおりの続くステップ2640では、本発明者らは依然として、データ点を楕円に相関させることができるが、実質的に等価である長軸または短軸長さを計算することに加えて、本発明者らは、長軸および短軸長さを平均することができ、正または負の両方であり得る長軸および短軸の符号または極性に依存して、平均化された正または負の球面ジオプトリー値を出力することができる。光屈折値と長軸または短軸長さとの間の関係は、上記で論じたような包括的な較正段階の間に得ることができ、かつ得るべきであったことに留意されたい。

任意のフォローアップステップ2645は、計算された球面光屈折値を数として量的におよび/または円として質的に表示することであり、円の直径または半径は絶対球面光屈折値を表し、球面の符号は、例えば円について異なる色または線パターンを使用して示される。

他方では、波面が球面ではないと見出された場合、本発明者らは、非点収差の成分があると仮定することができる。フォローアップステップ2650では、本発明者らは、データ点を楕円と相関させ、正または負であり得る値としての極性を有する長軸および短軸長さ、ならびに長軸または短軸角度のいずれかであり得る楕円角度を計算することができる。楕円角度、長軸長さおよび短軸長さを計算して、本発明者らは、実験的に得られた較正関係またはルックアップテーブルを使用して、球面および円柱光屈折値を計算することができる。ジオプトリー値が、長軸および短軸の長さに単調に関係付けられ（極性または符号情報が含まれる）、そのため、ある特定の楕円について一意的な解のみがあるということが好ましい。球面波面の場合のように、任意のフォローアップステップ2655は、計算された球面と円柱の光屈折値および円柱軸を数のセットとして量的に、および/または円＋直線として質的に、表示するものであり、円の直径が球面光屈折値を表し、直線長さが円柱光屈折値を表し、長い細線もしくは断続線または矢印によって示され得る直線向き角度は、円柱軸角度を表す。あるいは、質的ディスプレーは、楕円の形であり得、長軸または短軸のいずれかの長さは球面光屈折値を表し、長軸および短軸の長さの差（極性が検討される）は円柱光屈折値を表し、楕円向き角度は円柱軸角度を表す。ここでもまた、球面および円柱光屈折値の符号は、例えば、円＋直線表現について、または楕円表現について異なる色または異なる線パターンを使用して示され得る。本開示の一態様は、楕円または円＋直線のユーザー選択が患者の眼の屈折異常を表すことを可能にすることである。

屈折異常を質的に表示するために多くの他の方法があり得ることに留意すべきである。前述の質的表示は、包括的というよりむしろ単に例示である。例えば、表示は、その長軸が1つの独立した円柱ジオプトリー値に比例し、かつその短軸が別の独立した垂直円柱ジオプトリー値に比例する状態の、楕円であり得る。加えて、円柱軸角度は、エンドユーザーが正の円柱処方を好むかまたは負の円柱処方を好むかに依存して、長軸角度または短軸角度のいずれかであり得るので、1つの円柱を表す軸角度または他方の円柱角度は、元の角度であるか、または90°シフトされ得る。あるいは、表示はまた、一方の直線長さが1つの独立した円柱光屈折値に比例し、他方の直交直線長さが他方の独立した垂直円柱光屈折値に比例する、2つの直交する直線であり得る。

前述したように、本開示の一態様は、波面測定結果の、質的および/または量的な方法での患者の眼のライブビデオ画像上のオーバーレイである。表示される楕円または直線角度は、患者の眼に対する執刀医/臨床医の向き（頭頂または側頭）、側頭の場合には患者の眼のどちらが撮像されているか（右または左）に、依存させることもできる。白内障手術については、白内障執刀医に提示されている円柱軸は、執刀医が、提示された軸方向に基づいてLRI（角膜輪部減張切開術）を行うことができるように、角膜のよりスティープな軸と整列されることが好ましい。

ライブの眼画像は、仰向けまたは直立した患者の位置に対して眼の位置合わせを達成するため、および/または陰窩のような虹彩標識点を基準として移植されたトーリックIOLの軸を決定するために、パターン認識アルゴリズムを用いて処理され得る。加えて、またライブ画像を使用して、眼水晶体または虹彩の物理的特徴に対する光信号（例えば、波面および/またはOLCI/OCT測定からの）の整列および/または比較のための、特定の水晶体（天然または人工）の位置合わせを特定することができる。

また、相関された楕円の長軸および短軸長さからジオプトリー値への変換は、エンドユーザーの好みに依存して異なる方法で行われ得ることに留意されたい。当業者に周知であるように、同じ屈折異常処方を表す3つの方法がある。第一は、それを2つの独立した垂直円柱として描くものであり、第二のものは、それを球面および正の円柱として描くものであり、第三のものは、それを球面および負の円柱として描くものである。加えて、表示は、処方または実際の波面のいずれかについて行うことができる。本発明者らの相関楕円は、実際に直接、2つの独立した垂直円柱の光屈折値を提供するものである。表示の一方法から別の方法への変換に関しては、当業者は周知である。強調される必要があることとしては、本開示の一態様は、相関された楕円の長軸および短軸を表すための正および負の両値の使用であり、正または負のいずれかであり得る長軸および短軸長さを、これもまた正または負であり得る2つの独立した垂直円柱光屈折値に相関させるための較正アプローチであるということである。

検眼士、眼科医および光学技術者は、異なる方法を使用して、患者の眼の角膜または瞳孔面において、同じ波面を表し得ることに留意されたい。例えば、検眼士は、一般的に、波面屈曲を相殺して、それをより平坦またはフラットにするために使用されるレンズである処方表示を好み；眼科医は、球面および円柱光屈折値ならびに円柱軸の観点から眼角膜面での波面が何であるか、という直接表現を好む傾向があり；一方で、光学技術者は、一般的に、光屈折値を使用しないが、完全な平面状またはフラットな波面からの実際の波面の2D偏位を示す波面マップ、あるいはゼルニケ多項式係数を使用する表現を使用する。本開示の一態様は、エンドユーザーによって実施され得るこれらの異なる表現の間の相互変換であり、それは、そのような変換をするためのアルゴリズムがデバイスに内蔵されているからであり、そのため、表現のフォーマットを選択することはエンドユーザーに委ねられる。

信号対ノイズ比、ゆえに測定正確性および/または精度をさらに改善する観点から、楕円または円＋直線相関は、一フレーム（または一セット）のデータ点、または複数フレーム（または複数セットの）データ点について行われ得る。あるいは、得られた球面および円柱光屈折値ならびに円柱軸角度は、複数の取得にわたって平均され得る。例えば、平均化は、単に、複数測定の所与の数の球面および円柱光屈折値をそれぞれ足して、所与の数で割ることによって達成され得る。同様に、また円柱角度は、平均され得るが、0°近くでのラップアラウンド問題のためにより複雑である可能性がある。けれども、本発明者らは0°〜180°の角度を報告する。1つのアプローチとしては、本発明者らは、このラップアラウンド問題を解決するために三角関数を使用する。

図7に示されるとおりのフロントエンド処理システムはまた、他のLEDに加えて内部固視標を制御することに留意すべきである。しかしながら、内部固視は、単一LEDまたは背面照明式熱気球（back-illuminated hot air balloon）のような単一画像に限定される必要はない。代わりに、内部固視標は、焦点可変レンズのような眼調節可能光学素子と組み合わされたマイクロディスプレーであり得る。患者の眼は、波面マップの2D配列のような周辺視野波面情報が得られ得るように、マイクロディスプレーの異なる画素を点灯することによって異なる方向に固定され得る。加えて、患者の眼は、調節範囲または調節幅の測定を可能にするために異なる距離に固定され得る。さらに、固視マイクロディスプレー標的は、種々の速度またはデューティーサイクルでフラッシュまたは点滅するように制御され得、マイクロディスプレーは、有色のものであり、固視標が色を変え、かつパターンまたはスポットを点灯することを可能にすることができる。

前述したように、本開示の一態様は、眼を追跡することにある。図27は、眼追跡アルゴリズムの例示的プロセスフローダイヤグラムを示す。関与するステップは、ライブの眼瞳孔もしくは虹彩からの眼の瞳孔位置情報か、またはSLDビームを2次元でスキャンすることによって角膜頂点からの正反射を検出するような他の手段かのいずれかを使用して眼の瞳孔の位置を推定するステップ2705；眼の動きを追うためにSLDビームスキャナーを調節するステップ2710；眼からの波面の意図される同じ部分が、眼の動きに関わらず常にサンプリングされるように、眼の瞳孔の動きを補償するために、SLDビーム調節に比例して波面スキャナー/シフターのDC駆動成分をオフセットするステップ2715；および、任意で、波面収差の測定を補正するステップ2720を含む。ライブ画像カメラは、（a）虹彩の中心、または（b）角膜輪部の中心のいずれかの視覚推定を提供する。SLDビーム（X，Y）位置を視野に相関させることによって、SLDは、角膜上の同じ位置に向けられ得る。典型的には、波面感知について、この位置は、軸または角膜頂点からわずかにずれ、このように、SLDビームの正反射は、概して、波面センサーの位置感知検出器/デバイスに直接戻されない。虹彩の中心または角膜輪部の中心は、SLDビームを向けるための基準点として使用され得る。

本開示のアルゴリズムの独特の特徴は、SLDビーム調節に比例して波面スキャナー/シフターのDC駆動成分をオフセットするステップであるということに留意されたい。これは、眼からの波面の同じ部分（眼からの同じ環状リングなど）がサンプリングされることを確実にすることができるので、不可欠なステップである。このステップなしでは、眼が横方向に動くと、眼からの波面の異なる部分がサンプリングされ、これは、重大な波面測定誤差を引き起こす可能性がある。波面収差の測定を補正する最終ステップが任意である理由は、SLDビーム調節に比例して波面スキャナー/シフターによって提供され得る補償を用いると、波面測定に影響があることとして、非点収差および/またはプリズムチルトおよび/または他の既知の収差成分が、予め決定かつ考慮され得る波面のすべてのサンプリングされる部分に加えられるためである。本発明者らは、本発明者らの屈折異常デコードアルゴリズムが、損なわれた球面および円柱を解明し、かつ座標平行移動を通してプリズムチルトをフィルタリングにより除去するために、自動的に収差を平均することができ、したがって、屈折異常測定については、プリズムチルト補正の追加の必要性はないということを示した。座標平行移動の量がすでに眼からの波面のプリズムチルトの指標であるという事実にもかかわらず、プリズムチルトを含むべき完全な波面測定については、眼追跡によって引き起こされるこの追加の非点収差および/またはプリズムチルトおよび/または他の既知の収差成分は、差し引かれるべきであり、したがって最終補正ステップは、依然として必要とされることもある。

本開示の別の態様は、波面サンプリングが眼の瞳孔領域内でのみ実施される間、また環状リング直径の関数として応答曲線の傾き感度が活用されて、より高い測定感度および/または解像度を提供することができるように、波面サンプリング環状リングの直径を適応選択することにある。一般に、球面、円柱およびトレフォイルのような異なる波面収差のすべての光屈折値の中でも、球面光屈折値は、異なる眼の間で、ならびに白内障手術の間に天然の眼水晶体が除去される（すなわち、眼が無水晶体である）と、大きく変わる可能性があるので、概して、最大カバレッジ範囲を必要とする。他方では、白内障手術が完了すると、またはIOL（眼内レンズ）を眼内に移植して完了に近づいたら、偽水晶体眼は一般に正視眼に近いはずなので、眼からの波面は、平面状に近いはずである。典型的な自動屈折測定について、眼の瞳孔のたった3mm直径の中心領域からの波面が、一般にサンプリングされる。したがって、波面センサーは、例えば、1mm〜3mmの直径範囲を含む有効波面サンプリング環状リング領域にわたって、十分なジオプトリー測定解像度（例えば0.1D）ならびに十分なジオプトリーカバレッジ範囲（例えば-30D〜+30D）を提供するように設計され得る。一方で、より高い感度および/または波面測定解像度で正視眼を確認するために、本発明者らは、瞳孔サイズが偽水晶体眼の波面または屈折異常をより正確に測定するのに十分な大きさでありさえすれば、白内障屈折手術の終わり近くに、波面サンプル環状リングを例えば5mmの直径に拡張することができる。

図28は、この概念を実行することができるアルゴリズムのフローダイヤグラムの一態様を示す。関与するステップは、眼の瞳孔サイズを推定するためにライブの眼画像から得られた眼の瞳孔情報を使用するステップ2805、波面サンプリング環状リングの最大直径を決定するために眼の瞳孔サイズ情報を使用するステップ2810、およびより良いジオプトリー解像度を達成するために偽水晶体測定についてステップ2810によって決定されたとおりの最大直径まで環状リング直径を増加させるステップ2815を含む。この「ズームイン（zoom in）」特徴は、ユーザー選択可能であってもまたは自動であってもよい。加えて、本発明者らはまた、最適なジオプトリー解像度およびダイナミックレンジカバレッジに環状リング直径を適応調節するために、PSDレシオメトリック出力を使用することができる。

本開示の一特徴は、ライブの眼画像を、パターン認識アルゴリズムを用いるかまたは用いずに、波面測定データと組み合わせて、眼瞼/まつげ、虹彩、顔面皮膚、手術器具、執刀医の手、灌注水の存在、または設計上の範囲から眼が離れることを検出することである。そうすることで、「暗」または「明」データは、排除され得、SLDは、曝露時間をセーブするために賢くオンおよびオフにされ得、それにより、より高いSLDパワーを眼に送達することが可能になり、光学的または光通信的な信号対ノイズ比を増大させることができる。図29は、そのような概念を示す例示的プロセスフローダイヤグラムを示す。関与するステップは、波面リレービーム路内の意図されない物体の存在、または眼が所望の位置および/または範囲から離れたことを検出するために、ライブの眼画像および/または波面センサー信号のいずれかを使用するステップ2905、誤った「明」または「暗」波面データを破棄するステップ2910、波面データが間違っているときSLDをオフにするステップ2915、および波面データが間違っているまたは無効であることをエンドユーザーに知らせる任意のステップ2920を含む。

本開示の別の態様は、スペックルを除去し、平均化を行い、また眼内に送達できる安全限界内での光パワーの増加（これは光信号対ノイズ比を増大させることができる）を潜在的に可能にするために、網膜上の小さい領域にわたって入射SLDビームをスキャンおよび/または制御することにある。加えて、SLDビームの発散/収束、ゆえに網膜上のSLDビームスポットサイズの大きさはまた、例えば、軸方向可動レンズまたは焦点可変レンズまたは可変ミラーを使用して、眼からの波面のより一貫したおよび/または十分に較正された測定を可能とすべく網膜上のSLDスポットサイズが制御され得るように動的に調節することができる。一方で、網膜上のSLDビームスポットサイズおよび/または形状は、例えば、その焦点を調節することによって同じライブ眼イメージセンサーを使用するか、または眼の網膜上のSLDビームスポットをモニタリングすることをもっぱら専用とする異なるイメージセンサーを使用して、モニタリングしてもよい。そのようなフィードバックおよび閉ループサーボ電子機器システムの組み込みを用いて、網膜上のSLDスポットの静的またはスキャンパターンが、制御され得る。

本開示のさらに別の態様は、LRI（角膜輪部減張切開術）のような眼の屈折矯正を実施するための手術レーザービームをスキャンするために同じSLDビームスキャナーもしくは異なるスキャナーを使用することができる、同じ光ファイバーまたは別の自由空間光ビーム結合器を通して送出されるSLDビームと組み合わされ得る手術光源としてのレーザーを含むことである。同じレーザーまたは異なるレーザーはまた、眼を「マークする」または執刀医を「ガイドする」ため、すなわち、執刀医が手術用顕微鏡を通してレーザーマークを見ることができるように眼の上に「重ね合わせる」ために使用され得る。

本開示の別の態様は、眼波面が測定されている間、眼距離を測定すること、および、眼距離が変更されたときに、眼からの波面の測定を補正することにある。眼の天然水晶体が除去され、すなわち眼が無水晶体状態にあるとき、眼からの波面は高度に発散し、結果として、波面センサーモジュールに対する眼の小さい軸方向移動は、屈折異常または波面収差測定における比較的大きい変化を誘導する可能性があるので、波面センサーモジュールからの眼距離についての情報は、白内障屈折手術には特に重要である。本発明者らは、眼が設計上の位置から離れて横方向に動いた場合、波面に対する補正がどのように行われ得るのかを論じた。また、眼がその設計上の位置から離れて軸方向に動いた場合も、同様の補正がなされるべきである。軸方向補正を行う際に、低光コヒーレンス干渉計（LOCI）または光コヒーレンストモグラファー（OCT）のいずれかは、波面センサーモジュールに含まれ、かつ眼軸方向距離を測定するために使用され得る。あるいは、眼距離を測定するために光学三角測量を使用するといったより単純な技術も利用され得る。LOCIおよびOCTは、眼距離に加えて、眼バイオメトリック/解剖学的測定を行うこともできるので、好ましい。これらの測定は、水晶体内にチルトがある場合の有効水晶体（天然または人工）位置、前眼房の深さ、角膜および水晶体の厚さならびに眼の長さも明らかにすることもできるので、眼屈折手術に特に有益である。OCTシステムによって達成され得るような横方向スキャニングを用いて、角膜および/または眼水晶体（天然または人工）の屈折力でさえ、連動してまたは独立して、特に無水晶体眼の場合のために導き出すことができる。

さらに別の態様は、他の目的のために波面センサー、眼撮像カメラおよびLOCI/OCTによって得られた測定結果の2つまたはそれ以上を組み合わせることである。一態様において、組み合わされた情報を使用して、特に、天然眼水晶体がフェムト秒レーザーによって粉砕された後に、視覚系の媒体内の光学散乱および/または混濁、例えば、白内障混濁および眼内の光学バブルの存在を検出することができる。組み合わされた情報はまた、眼の無水晶体状態を検出するため、および、要求に応じてもしくはIOLを移植する直前のいずれかで手術室（OR）においてリアルタイムで目標屈折に必要とされるIOL処方を計算するため、および/または屈折を確認するため、および/またはIOLを移植した直後に有効水晶体位置を見出すために使用することができる。さらに、組み合わされた情報はまた、患者頭部の整列を決定するため、すなわち、患者の眼が波面センサーモジュールの光軸と直角であるかどうかを決定するために使用することができる。加えて、組み合わされた情報はまた、ドライアイ検出を実施するため、および執刀医にいつ眼に灌注を行うべきかを知らせるために使用することができる。さらに、組み合わされた情報はまた、例えば、目標とされた眼屈折に手術の終了時点で達したかどうか、または多焦点IOLが大幅なチルトなく適切に中心合わせされたかどうか、またはトーリックIOLが移植されたとき、中心が合わされ、正しい軸角度に回転されたかどうかを示すために、好ましい情報のみ、例えば手術前の眼の屈折異常、無水晶体状態でのIOL処方および終点インジケーターを臨床医/執刀医に提示するために、彼/彼女によるカスタマイズ通りに表示されてもよい。ディスプレーはまた、データ完全性インジケーターまたは信頼性インジケーターを示すことができる。

組み合わされた情報をさらに使用して、眼が適切に整列されているかどうかを決定し、もしそうでない場合、より良好な整列のために患者の眼または顕微鏡をどちらに動かすべきかを執刀医/臨床医に伝えるために、方向のガイドをディスプレー内に含めることができる。情報を使用して、眼瞼が閉じられているかどうか、または波面測定結果に影響し得る光学バブルもしくは眼の下のたるみの内側に粉砕された/破壊された眼水晶体物質の残骸が存在するかどうかを示すこと、および波面測定が適格であるかどうかを示すために信頼性インジケーターをディスプレー内に含めることもできる。

図2に戻って参照すると、サブ波面集束レンズ220はまた、電子機器システムによって制御され得ることが留意され得る。このレンズは、焦点可変レンズまたは軸方向可動レンズ、または可変ミラーでさえあり得る。このレンズをアクティブにする目的は、サブ波面集束レンズによって形成された像/光点サイズが、シーケンシャルにサンプリングされたサブ波面の局所発散または収束に基づいて制御され得るように、開ループまたは閉制御ループ方式のいずれかでその焦点距離を動的に調節することである。これは、特に、波面サンプリングが環状リング周囲で実施されるときに当てはまる。例えば、精度および/または正確性においてより良好な波面チルト測定について、より良好な応答傾き感度を達成するために、像スポットは、像スポットの横方向の動きを決定するために使用されるPSD（象限検出器または横効果型位置感知検出器）上により良好に集束され得る。あるいは、PSD（象限検出器または横効果型位置感知検出器）上に到着するサンプリングされたサブ波面の像スポットはまた、ある特定の所望のサイズに制御され得る。例えば、スポットサイズのための1つの選択肢は、当業者に周知であるような象限検出器の単一の象限のサイズである。別の可能性のある選択肢は、妥協された高感度および広い動的応答範囲を生成するサイズである。さらに別の選択肢は、象限検出器のギャップサイズの約2倍の像スポットサイズである。これらの異なる像スポットサイズは、シーケンシャルにサンプリングされたサブ波面の、平均化された局所発散または収束に依存して、動的に変えることができる。

波面を動的に補償すること、または波面のデフォーカスをDCオフセットすることによって、像スポットはまた、象限検出器の中心またはその近くに常に到着するように作られ得る。このアプローチを用いて、各サンプリングされたサブ波面の像スポットを、最高感度が達成され得るようなサイズおよび位置にロックしかつゼロにすることを可能にすべきである。波面補償またはデフォーカスオフセット用デバイス、波面シフターおよびサブ波面集束レンズのための駆動信号を使用して、各サンプリングされたサブ波面の波面チルトを正確に決定することができる。

本開示の装置は、波面データ、眼画像データ、眼距離データ、低コヒーレンス干渉計データなどを処理するホストコンピューターの構成に依存して、大量の追加のタスクを達成することができることに留意すべきである。例えば、ホストコンピューターは、波面データを分析して、屈折異常のなどのメトリックを得て、ディスプレー上にメトリックを質的および/または量的に表示し、かつ質的および/または量的メトリックを表示する方式を執刀医/臨床医に選択させるように、構成され得る。どのように波面測定が表示されるべきかという観点から、エンドユーザーは、波面収差 対 屈折 対 処方、および/または正の円柱 対 負の円柱、および/または正視眼などの終点インジケーターの表示を選ぶことができる。

ホストコンピューターはまた、執刀医/臨床医が患者の眼のライブ画像/動画を好ましい向きに反転させるか、または回転させることを可能とするように構成され得る。加えて、執刀医/臨床医はまた、手術中または手術後に要求に応じて、眼画像、波面測定結果および低コヒーレンス干渉法測定結果さえ含み得る合成動画の所望の記録されたセグメントを巻き戻す、および再生することができる。

最も重要なことには、本開示は、視力矯正手技をリアルタイムで調整し（titrate）、視力矯正手技結果を最適化するように、執刀医をガイドすることができる。例えば、それは、測定がIOLの最適な配置を確認するまで、中心合わせ（centration）、チルトおよび円周角度向き位置付けに関して、眼内のIOL位置を調節するように執刀医をガイドすることができる。さらに、それは、非点収差を補正する/中和するために、移植されたトーリック眼内レンズ（IOL）を回転させるように執刀医をガイドすることができる。それは、角膜輪部/角膜減張切開術または基質内レンチキュールレーザー（intrastromal lenticule laser）（Flexi）を行って、非点収差を調整し（titrate）、ゆえに非点収差をなくすように、執刀医をガイドすることができる。

また本開示の装置を使用して、移植された多焦点IOLが所望の集束範囲を有するかどうか、それに加えてその位置付けが最適化されているかどうかを示すことができる。またそれを使用して、移植されたAIOL（調節用または調節性IOL）が所望の調節範囲を提供できるかどうかを測定することができる。

ディスプレー上に、残りの収差の除去を容易にし、結果を確認し、および収差の値および感知（sense）を記載するために、視力矯正手技をどのように進めるべきかについてのリアルタイムガイドが提供され得る。表示されるリアルタイム情報はまた、執刀医または視力矯正実践者に補正手順が間違ったまたは正しい方向に行っていることを警告するために、自動的にまたは手動でデジタル的に「ズームアウト」または「ズームイン」され得る。補正のある特定のレベルが達成されたら、表示された情報は、例えばフォントサイズ、太字、スタイルまたは色に関して強調表示された形に変わって、正視眼のような患者のための屈折終点目標が達成されたことを手術中に確認することができる。

視覚的フィードバックに加えて、音声フィードバックもまた、単独でまたはビデオフィードバックとの組み合わせで使用され得る。例えば、音声情報は、ビデオ/グラフィック情報を用いるかまたは用いずに、適切な整列のためにはIOLをどちらの方向に動かすか、または非点収差を補正する/なくすためにはトーリックレンズをどちらの方向に回転させるかを示すために提供され得る。また、リアルタイム音声信号は、屈折異常のタイプ、エラーの大きさ、およびエラーの変化を示すために発生され得る。リアルタイム音声信号のピッチ、トーンおよび大きさは、視力矯正手技の間、適用された補正の改善または悪化を示すために変えられ得る。例えば、円柱エラーの大きさを示すトーンとともに、エラーを円柱として識別するためにリアルタイム音声信号の特定のピッチを作り出すことができる。

本開示の1つの非常に重要な用途は、手術前に選択されたIOL度数が正しいかまたはそうでないかを、患者の眼が無水晶体状態のときに白内障執刀医が決定するのを助けることにある。リアルタイム無水晶体波面測定（好ましくは、内蔵低コヒーレンス干渉計によって提供されるもののような眼バイオメトリー測定と共に）は、必要とされるIOL度数をより正確に決定し、したがって手術前に選択されたIOL度数が、特に、手術前のIOL選択処方が一貫した結果を出さない、術後角膜屈折手技を受けた患者にとって、正しいかまたはそうでないかを確認することができる。

本開示の別の重要な用途は、患者の眼からの波面が測定される間、白内障手術のセッション全体の間に、角膜形状および他の眼バイオメトリック/解剖学的パラメーターの変化をモニタリングし、記録することにある。変化は、OR（手術室）内での白内障手術の前、その間、およびその後に測定され得、患者の眼からの波面に変化を引き起こす可能性がある種々の要因の結果として、角膜曲率測定法および角膜厚測定法（pachymetry）で測定され得るような角膜トポグラフィーおよび角膜厚さ、前眼房の深さ、水晶体の位置および厚さに変化があり得る。これらの要因には、例えば、局所麻酔、開瞼器、角膜に作られた切開/創傷、前眼房充填材料、眼圧、角膜上への水/溶液灌注、創傷封着、さらに創傷治癒効果、および執刀医特有の白内障手術実践によって生じた執刀医に起因する波面変化の影響が含まれる。

眼バイオメトリック/解剖学的パラメーターの変化についてのデータを使用して、種々の要因によって誘導された影響を補償することができる。したがって、切開/創傷の治癒後の波面結果は予想され、白内障手術用のある特定の所望の目標眼屈折を設定するために使用され得る。手術直前および手術直後の角膜形状および他の眼バイオメトリック/解剖学的パラメーターは、内蔵OCTおよび眼カメラ、ならびに手術用顕微鏡または本開示の装置のいずれかに取り付けられ得る内蔵または外部角膜トポグラファー/ケラトメーターを使用して測定され得る。手術直前測定は、局所麻酔が適用される前および後、開瞼器が眼瞼を開いた状態に保つために係合される前および後に、患者が仰向け位置にあるとき、OR内で行われ得る。手術中の測定は、切開が角膜内に作られた後、白内障水晶体が除去され、前眼房がある特定のゲル（OVD、Ophthalmic Viscosurgical Device）で満たされた後、人工眼内レンズが移植される前、IOLが移植された後だが切開創傷が封着される前に、OR内で行われ得る。手術直後測定も、執刀医が切開/創傷を封着した直後だが開瞼器が取り外される前に、および開瞼器が取り外された後に、患者が依然として仰向け位置にあるとき、OR内で行われ得る。

角膜形状および他の眼バイオメトリック/解剖学的パラメーターの変化についてのこのようにして得られたデータは、眼球波面測定データと組み合わされて、データベースに保存され得る。測定の別のラウンドは、手術の数週間または数か月後、切開/創傷が完全に治癒した後に行われ得、眼球波面および角膜形状の差または変化、ならびに/あるいは眼バイオメトリー測定パラメーターもまた、収集され得る。したがって、公称データベースが、創傷が完全に治癒した後の最終の所望の視力矯正結果をもたらすために、設定される必要がある白内障手術直後の目標屈折を解明すべく、確立され処理され得る。このように、例えば、特定の個別の角膜切開の癖から生じる非点収差のような執刀医に起因する収差でさえ含む、すべての影響が、考慮に入れられる。

本開示の波面センサーは、幅広い範囲の用途のために様々な他の眼科器具と組み合わされ得る。例えば、それは、LASIKもしくは眼水晶体破砕のため、または「切開」に関する整列および/またはガイダンスのため、または眼組織の閉ループ切除のため、フェムト秒レーザーまたはエキシマレーザーと一体化され得る。ライブの眼画像、OLCI/OCTデータ、および波面データは組み合わされて、眼外科手術の前、間および後に、光学バブルが眼水晶体または前眼房に存在するかどうかを示すことができる。あるいは、波面センサーはまた、細隙灯生体顕微鏡と一体化されるか、またはそれに適合され得る。

本発明はまた、適応制御光学システムと一体化されるか、またはそれと組み合わされ得る。可変ミラーまたはLC（液晶）ベースの透過型波面補償器を使用して、波面誤差のいくつかまたはすべてを部分的にまたは完全に補償するために、リアルタイム波面操作をすることができる。

加えて、本開示の波面センサーはまた、任意の他のタイプの眼圧（IOP）測定手段と組み合わされ得る。一態様において、それは、患者の心拍動に応じた眼波面変化を測定することによって、IOPを検出するために直接使用されることさえあり得る。それはまた、IOPを較正するために直接使用され得る。

これらの態様はまた、光学素子、眼鏡（spectacles）および/または眼鏡（glasses）、IOLを測定するため、および/または光学素子を作り出すカッティング/機械加工デバイスをガイドするために、配備されてもよい。これらの態様はまた、細胞および/もしくは分子解析のための顕微鏡または他の計測学用途に適合させることもできる。本発明はまた、レンズの制作、眼鏡の確認、微生物学用途などに使用され得る。

本明細書において、本発明の教示を組み入れた種々の態様を示し、詳細を記載したが、当業者は、これらの教示を組み入れた多くの他の変更された態様を容易に考案することができる。

Claims (5)

1. 対象の眼を照明すべく光ビームを出力するように構成された光源172と；
   各検出器素子における入射光の信号強度を示す複数の出力信号を出力するように構成された複数の検出器素子を有する位置敏感型検出器122と；
   対象の眼が光源によって照明されたときに対象の眼から戻された波面ビームを遮断するように構成され、かつ対象の眼からの波面の一部分をアパーチャを通して検出器に向けるように構成された第1のビーム偏向素子112であって、アパーチャを通して向けられた波面の部分が検出器上にスポットを形成し、かつ検出器における基準点からのスポットのセントロイドの偏向の大きさが、出力信号強度のレシオメトリックな組み合わせによっておおよそ示され、かつ偏向の大きさが、平面波からの波面の部分のチルトまたは収束または発散の程度を示す、第1のビーム偏向素子112と；
   対象の眼から戻された波面と等価でありかつ平面波からの収束または発散の特定の程度を有する較正波面を発生させるように構成された基準波面発生器164であって、位置感知検出器における較正波面のセントロイドの偏向が、特定の収束または発散に対する実際のセントロイド偏向である、基準波面発生器164と；
   光源、ビーム偏向素子、および位置敏感型検出器に連結され、基準点を基準として位置敏感型検出器上に較正波面の環状リング部の部分を向けるように波面ビームを偏向させるべくビーム偏向素子を制御するように構成され、かつ平面波からの収束または発散の特定の程度での実際のセントロイド偏向と、出力信号強度のレシオメトリックな組み合わせによって示されたおおよその偏向とを比較して、対象の眼から戻された波面の偏向を計算するときにレシオメトリックな組み合わせに適用される補正項を計算するようにさらに構成された処理ユニット410と
   を含む、波面センサー。
2. 処理ユニットが、収束または発散を正確に示すべく実際のセントロイド偏向を得るために、収束または発散のおおよそのセントロイド偏向を示す位置感知検出器によって出力された出力信号強度のレシオメトリックな組み合わせに補正項を適用するようにさらに構成されている、請求項1に記載の波面センサー。
3. 基準波面発生器が、光ビームをエンターセプト（entercept）しかつ較正波面を発生させる位置となるように構成された較正標的である、請求項1に記載の波面センサー。
4. 処理ユニットが、波面センサーの電源が入れられるたびに部分的な較正を行うようにさらに構成されている、請求項1に記載の波面センサー。
5. 処理ユニットが、光ビームまたは光学素子の整列ずれを判定すべく実際のセントロイド偏向を処理するようにさらに構成されている、請求項1に記載の波面センサー。

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