KR20050050038A - 어베로스콥 캘리브레이션 및 별개의 보정을 위한 방법 및장치 - Google Patents

어베로스콥 캘리브레이션 및 별개의 보정을 위한 방법 및장치 Download PDF

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KR20050050038A
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유진오. 쿠라투
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알콘 리프랙티브호리존스, 인코포레이티드
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Abstract

어베로스콥용의 캘리브레이션 장치는 웨이브프론트 분석기의 광학 경로에 삽입가능한 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하기에 적합하다. 투과형 또는 반사형일 수 있는 광학 소자는 특정 전력 및 수차에 대해 최적화된 렌즈; 컴퓨터 생성된 홀로그램; 또는 공간적인 광 조절기를 포함할 수 있다. 실질적으로 비수차 웨이브프론트는 웨이브프론트 분석기에 이르는 광학 경로를 따라 통과한다. 비수차 웨이브프론트에서 소정의 수차가 유도되어 광학 경로에 정위된 광학 소자를 사용하여 수차 웨이브프론트를 형성한다. 이후, 수차 웨이브프론트를 웨이브프론트 분석기를 사용하여 분석하며, 웨이브프론트 분석기를 웨이브프론트 분석기에 의해 수차 웨이브프론트로부터 생성된 데이터를 사용함으로써 캘리브레이팅한다.

Description

어베로스콥 캘리브레이션 및 별개의 보정을 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR ABERROSCOPE CALIBRATION AND DISCRETE COMPENSATION}
본 발명은 광학 측정 및 보정 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로 각막 형태검사 및 눈의 수차 측정 및 보정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
배경기술
본 발명의 양수인에 의해 교시된 바와 같이(예컨대, 미국 특허 제 6,271,914호, 이의 기술이 본원에서 참조로서 인용됨), 눈의 수차를 측정하고 모델링하기 위한 웨이브프론트 측정 시스템이 당 분야에 공지되어 있다. 이 시스템 및 방법은 제니케 다항식을 사용하여 눈으로부터 반사된 수차 웨이브프론트(wavefront)를 재구성하고, 각막 표면을 레이져 조각하기 위한 요망되는 프로필을 계산한다. 이러한 웨이브프론트 측정 장치의 예시적인 도식이 상기 미국특허 제 6,271,914호의 도 2에 제시된다.
비록 수많은 어베로스콥(aberroscop)의 설계가 당 분야에 공지되어 있으나, 옵티칼 소사이어티 오브 어메리카 태스크포스 온 비젼 사이언스 앤드 잇츠 어플리케이션스 (VSIA-2000 및 VSIA-2001)에 의해 언급된 대로, 캘리브레이션 시스템 및 방법은 불충분한 상태이다. 웨이브프론트 분석기의 캘리브레이션(calibration)은 현재 통상적으로 현장이 아닌 제조지에서 수행된다. 또한, 통상의 렌즈는 렌즈를 광학 경로에서 전후방으로 이동시킴에 의해 공지된 양의 디포커스를 제공하도록 주로 사용되어 왔다. 이 방법은 제한된 수차 유형(디포커스, 구면 수차, 및 코마)에 유용하고 높은 수준의 불확실성을 지니는 단점을 갖는다.
렌즈로서 기능할 수 있는 홀로그래픽 광학 소자가 공지되어 있다. 이의 장점 중에서도, 이들은 경량이고 비교적 저가이며, 통상의 광학 소자로는 불가능한 독특한 광학 기능을 초래할 수 있고, 광범한 범위의 재료로 제조될 수 있다.
따라서, 어베로미터를 캘리브레이팅하고 검증하기 위한 대량 생산될 수 있는 표준 장치에 대한 요구가 있다.
발명의 개요
본 발명의 구체예는, 광학 수차의 객관적인 측정에 사용되는 어베로스콥, 예컨대 이로 제한하려는 것은 아니나 웨이브프론트 측정 장치를 캘리브레이팅(calibrating)하기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 이러한 장치 및 시스템을 제조하는 방법을 포함한다.
본 발명의 어베로스콥 캘리브레이션 장치의 구체예는 웨이브프론트 분석기의 광학 경로에 삽입가능한 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 웨이브프론트 분석기에 제시되는 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하기에 적합하다. 수차의 형태가 공지되어 있으므로, 웨이브프론트 분석기는 소정의 수차를 웨이브프론트 분석기에 의해 계산된 수차와 비교함에 의해 캘리브레이팅될 수 있다.
특정 구체예에서, 광학 소자는 특정 전력 및 수차에 대해 최적화된 렌즈; 회절성 광학 소자와 같은 컴퓨터 생성된 홀로그램; 또는 공간적인 광 조절기를 포함할 수 있다. 광학 소자는 투과형이거나 반사형일 수 있다.
본 발명에 따라 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 시스템은 광학 소자 및 웨이브프론트 분석기를 포함할 수 있고, 웨이브프론트 분석기는 추가로 웨이브프론트 탐지기를 포함한다. 웨이브프론트 탐지기는 광학 소자가 위치하는 광학 경로의 다운스트림 말단에 정위된다.
본 발명의 교시에 따라 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 방법은 웨이브프론트 분석기에 이르는 광학 경로를 따라 실질적으로 비수차 웨이브프론트를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 소정의 수차가 비수차 웨이브프론트에서 유도되어 수차 웨이브프론트를 형성한다. 수차 웨이브프론트는 웨이브프론트 분석기의 광학 경로 업스트림에 정위된 광학 소자에 의해 유도된다. 광학 소자를 떠나는 수차 웨이브프론트는 웨이브프론트 분석기에 의해 분석된다. 웨이브프론트 분석기는 수차 웨이브프론트로부터 웨이브프론트 분석기에 의해 생성된 데이터를 사용하여 캘리브레이팅된다.
본 발명의 교시에 따라 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 장치를 구성하는 방법은 요망되는 수차를 결정하는 단계 및 요망되는 수차를 유도하기에 적합한 광학 소자를 생성시키는 단계를 포함할 수 있다. 생성된 광학 소자는 웨이브프론트 분석기의 업스트림에 정위되어 웨이브프론트 분석기의 캘리브레이션이 요구될 때 요망되는 수차를 유도한다.
동작의 구성 및 방법 둘 모두로서 본 발명을 특성화하는 특징들은, 추가의 목적 및 이의 장점과 함께, 첨부된 도면과 관련된 하기 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 도면은 예시 및 설명을 목적으로 하는 것이고 본 발명의 범위를 규정하려는 의도가 아님이 특히 이해되어야 한다. 본 발명에 의해 달성된 상기 및 기타 목적 및 제공된 장점들이 첨부된 도면과 함께 하기에 제공되는 설명으로부터 보다 충분히 명백해질 것이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 바람직한 구체예의 설명이 도 1 내지 도 8을 참조로 하여 이제부터 개시될 것이다.
본 발명의 방법 및 시스템은 광학 시스템에서 수차를 측정하기 위해 사용되는 어베로미터를 캘리브레이션하기 위한 다수의 구현물, 예를 들어 웨이브프론트 분석기를 포함한다. 특정 구체예에서, 광학 시스템은 눈을 포함하고, 이 경우 어베로미터는 각막 절제와 같은 교정 수술의 수행에 선행하여 광학 수차를 측정하기 위한 것이다.
본 발명의 시스템의 구체예는 광학 소자 및 웨이브프론트 분석기를 캘리브레이팅하기 위한 웨이브프론트 분석기(어베로미터)를 포함한다. 웨이브프론트 분석기는, 예를 들어 비록 이로 제한하려는 의도는 아니지만 하르트만-색(Hartmann-Shack) 웨이브프론트 센서를 포함할 수 있다. 도 1에서 일부로 도시된 예시적인 구체예에서, 이러한 웨이브프론트 센서는 당 분야에 공지된 바와 같은 렌슬렛 어레이(11)를 포함하고, 이는 규칙적으로 이격된 지점에서 웨이브프론트를 샘플링하고 탐지기(12)상에 샘플링된 지점을 전송한다.
눈의 광학 수차를 측정하는데 사용되는 웨이브프론트 분석기의 경우, 눈으로부터 뒤로 반사된 웨이브프론트는 눈의 수차를 나타내는 데이터를 함유한다. 측정된 수차가 교정 수술을 위한 처방을 구성하는데 통상적으로 사용되기 때문에, 웨이브프론트 분석기를 캘리브레이팅하여 정확한 처방을 수집된 데이터로부터 추론해 낼 수 있다는 것은 중요하다.
따라서, 본 발명을 지배하는 원리는 공지된 웨이브프론트, 통상적으로 비수차 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하는 장치 및 방법을 제공함으로써, 웨이브프론트 분석기에 의해 실제로 측정되고 계산된 수차를 소정의 수차로부터의 이론적으로 예상되는 수차들과 비교할 수 있도록 하는 것이다. 이후, 조정치가 결정되고 웨이브프론트 분석기의 계산 과정이 이루어져 예상되는 측정 결과로부터의 임의의 편차를 보정할 수 있다.
도 1의 광학 열차(10)는 분석용의 웨이브프론트(14)를 수용하는 입구 동공(13)을 포함한다. 제 1 역망원 중계 시스템(15)은, 예를 들어 제 1 집속 또는 수렴 렌즈(16)및 제 1 조준 렌즈(17)를 포함하는 한 쌍의 렌즈를 포함한다. 제 1 조준 렌즈(17)는 제 1 집속 렌즈(16)의 제 1 초점(18)의 다운스트림에 정위된다. 제 1 역망원 중계 시스템(15)은 개재성 동공면(19)상에 유입되는 웨이브프론트(14)원을 이미지화한다.
개재성 동공면(19)의 다운스트림에, 제 1 역망원 중계 시스템(15)에서와 같이, 제 2 초점(22)을 지니는 제 2 집속 렌즈(21) 및 제 2 조준 렌즈(23)를 포함하는 한 쌍의 렌즈에 의해 형성된 제 2 역망원 중계 시스템(20)이 정위된다. 제 2 역망원 중계 시스템(20)은 렌슬렛 어레이(11)면 상에 개재성 동공면(19)을 이미지화한다. 렌슬렛 어레이(11)는 수많은 소파동에서 웨이브프론트(14)를 샘플링하고, 이는 렌슬렛 어레이(11)의 다운스트림에서 탐지기(12)상에 충돌한다. 각각의 초점 길이 f1 내지 f5를 도 1의 광학 열차(10) 밑에 나타낸다.
광학 열차(30)의 대안적인 구조가 도 2에 도시되는데, 이 구조는 보다 소수의 소자 및 보다 소형의 족적을 필요로 한다. 광학 열차(30)는 입구 동공(31) 및 한 쌍의 렌즈를 포함하는 제 1 역망원 중계 시스템(100)을 포함한다. 렌즈는 제 1 집속 또는 수렴 렌즈(32) 및 제 1 조준 렌즈(33)를 포함한다. 제 1 조준 렌즈(33)는 제 1 집속 렌즈(32)의 제 1 초점(34)의 다운스트림에 정위된다. 제 1 조준 렌즈(33)는 제 1 표면(36)에서 제 1 수렴 렌즈(32)로부터의 웨이브프론트(35)를 수용하고 제 2 표면(38)으로부터 조준된 웨이브프론트(37)를 출력한다.
도 2의 제 1 역망원 중계 시스템(100)은 개재성 동공면(39) 상에 입구 동공(31)을 이미지화한다. 반사형 광학 소자(40)는 개재성 동공면(39)에 정위된다. 렌즈(32 및 33) 사이에 피막 빔분할기를 포함할 수 있는 빔분할기(41)가 정위되는데, 이를 통해 제 1 집속 렌즈(32)를 떠나는 웨이브프론트(35)가 실질적으로 개질되지 않은 채로 통과한다.
반사형 광학 소자(40)는 제 1 조준 렌즈(33)를 떠나는 웨이브프론트(37)를 렌즈(33)를 통해 뒤로 반사시키는 기능을 하고, 반사되는 웨이브프론트(37')의 경로는 이제 반대로 되어, 제 1 조준 렌즈(33)가 또한 제 2 수렴 렌즈로서의 기능을 한다. 반사되는 웨이브프론트(37')는 빔분할기(41)에 의해 제 2 조준 렌즈(42)를 향해 반사되는데, 반사되는 웨이브프론트(37')는 웨이브프론트(43)로서 제 2 조준 렌즈(42)를 벗어난다. 웨이브프론트(43)는 렌슬렛 어레이(11)상에 충돌한다. 초점 길이 f1 내지 f5를 이의 개개의 광학 경로 세그먼트와 나란히 도 2에 도시한다.
상기 개시된 광학 열차(10 및 30)와 같은 광학 열차, 또는 당업자에 의해 고려될 수 있는 또다른 상기 광학 열차가 렌슬렛 어레이(11) 및 탐지기(12)를 포함하는 어베로스콥, 예컨대 이로 제한하려는 것은 아니지만 하르트만-색 분석기를 캘리브레이팅하기 위한 본 발명의 방법 및 시스템에 사용될 수 있다. 본 발명의 교시에 따라, 상기 어베로스콥 캘리브레이션은 광학 열차(10 및/또는 30)에서 공지된 수차를 지니는 광학 소쟈를 사용하여 수행될 수 있다. 광학 소자, 어베로스콥 캘리브레이션 장치("ACD")는 광학 소자를 통과하거나 이에 의해 반사되는 웨이브프론트에 대한 상의 변화를 유도하고, 모델링된 상 표면을 지녀서 평행한 빔을 요망되는 웨이브프론트로 변형시키는 요망되는 눈의 웨이브프론트를 재생성한다. 이러한 광학 소자는, 이로 제한하려는 것은 아니지만, 특정 전력 및 수차에 대해 최적화된 렌즈; 회절성 광학 소자(DOE) 또는 컴퓨터 생성된 홀로그램(CGH); 또는 공간적인 광 조절기(SLM), 예컨대 액정 SLM, 마이크로-전기-기계 시스템(MEMS) 장치, 또는 연속적인 막 변형성 미러를 포함할 수 있다. 광학 소자는 투과형이거나 반사형일 수 있다.
광학 소자(ACD)는 하기 중의 임의의 위치에서 웨이브프론트 측정 시스템에 삽입될 수 있다: 입구 동공면; 개재성 동공면; 또는 렌슬렛 어레이면. 종래의 시스템에서, 어베로스콥의 캘리브레이션은 입구 동공면에서 수차 웨이브프론트를 도입함에 의해 제조 설비에서 수행될 것이 요구된다. 본 발명의 구체예는 어베로스콥의 설치를 방해하지 않으면서 설치된 장소에서 임의의 시점에 캘리브레이션이 수행되도록 한다. 또한, 본 발명의 광학 소자는, 예를 들어 일련의 삽입에 대해 광학 소자를 유지하는 회전 터릿을 사용함에 의해, 광학 열차에서 동시에 위치가능한 다수의 광학 소자를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 ACD는 기계의 캘리브레이션/검증을 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 단색성 조준 또는 발산 빔에서의 ACD는 정확성이 높은 특정 수차를 함유하는 웨이브프론트를 제공한다(예컨대. 제니케 스펙트럼). 비록 이론적으로, 위상 함수 Φ(x,y)가 굴절성 또는 회절성 요소에 의해 도입될 수 있고 상이한 수학적 형태로 기술될 수 있으나, 특정 CGH 어베레이터(aberrator)가 제니케 다항식 기술을 사용하여 보다 용이하게 설계될 수 있음이 확인될 수 있다.
또한 본 발명의 ACD의 구체예는 별개의 보정을 제공하는데 사용되어, 공지된 수치에 의한 측정치의 기원을 "변위"시킬 수 있다. 예로서(도 3 참조), 주어진 웨이브프론트 측정 기계가 -12D 내지 +8D(측정 범위는 주로 제 1차 수차, 즉 디포커스에 의해 결정됨)의 R1의 측정 범위를 지니면, -6D의 디포커스를 유도할 수 있는 ACD는 범위 R1을 -18D 까지의 R2의 새로운 측정 범위로 변위시킬 것이다(즉, 범위 R2는 -18D 내지 +2D의 측정 범위를 제공한다). 유사하게, +6D의 디포커스를 유도할 수 있는 ACD는 범위 R1을 +14D 이하의 새로운 범위 R3으로 변위시킬 것이다(즉, 범위 R3은 -6D 내지 +14D의 측정 범위를 제공한다).
본 발명의 어베로스콥 캘리브레이션 및 별개의 보정을 위한 방법 및 시스템의 또다른 구체예는 적합한 광학 소자, 예컨대 액정 SLM,, MEMS 장치, 또는 연속적인 막 변형성 미러를 사용하여 연속적인 보정을 제공하는 것을 포함한다. 연속적인 웨이브프론트 보정/교정은 기능적 시력을 탐지하고 측정하는 것과 관련된 몇몇 적용에서 매우 유용하다.
하르트만-색 분석기에서의 웨이브프론트 수차 측정의 정확성은 부분적으로 탐지기면 상에 렌슬렛에 의해 제공된 스폿 크기 및 두 인접한 스폿간의 분리에 의해 측정된다. 이러한 인자는 눈 웨이브프론트 측정의 경우, 망막 프로브 빔 δ망막에 의해 제공된 스폿 크기를 포함하는 수많은 파라미터에 의존적이다.
동공 직경 및 동공 확대가 또한 중요하다. 예를 들어, 도 1의 광학 열차(10)를 참조로 하여, 웨이브프론트 측정 기계의 동공 확대는 하기 같이 주어진다:
도 2의 광학 열차(30)의 경우, 동공 확대는 다음과 같다:
또한 중요한 것은 도 1 및 도 2에서 f5로서 표시되는 초점 길이에 유효한 렌슬렛 어레이, 렌슬렛의 개방 간극 및 눈의 수차이다.
렌슬렛 어레이 초점면에서 스폿 크기를 계산하는 근축 접근법이 도 4 내지 도 7을 참조로 하여 도시될 것이다. 망막에서 객체 거리까지(도 4)는 하기와 같다:
(방정식 1)
δ망막에 의해 범위가 결정되는 각도는 하기와 같다:
(방정식 2)
뉴턴의 방정식은 하기와 같다(도 5):
(방정식 3)
(방정식 4)
역망원 중계 시스템에 대하여, 동공 확대는 다음과 같다(도 6):
(방정식 5)
동공간의 각도 확대는 다음과 같다:
(방정식 6)
제 1 및 제 2 렌즈에 대한 뉴턴 방정식을 적용하여 하기를 수득한다:
(방정식 7)
(방정식 8)
렌슬렛 초점면에서 스폿 크기는 하기와 같이 계산될 수 있다(도 7):
(방정식 9)
상기 식에서, d는 렌슬렛 크기이다.
방정식 2, 6 및 7로 하기를 산출한다:
(방정식 10)
상기 식에서,
, (방정식 11)
은 렌슬렛 초점면에서 스폿 크기에 대한 망막 프로브 빔 스폿 기여도를 나타내고,
(방정식 12)
은 굴절성 눈의 오차 기여도이다.
ACD가 광학 경로에 도입되면, 개재성 위치이든지 렌슬렛 어레이의 앞이든지 간에, 눈의 수차가 급격하게 감소될 수 있고, 탐지기면상의 스폿 크기의 결과로서 탐지기에서 스폿 분리가 개선된다.
ACD의 몇몇의 예시적인 계산이 하기에 제시된다.
실시예 1. 순수한 디포커스를 유도하는 렌즈:
렌즈 유형 820nm에서의 전력 개방 간극 곡률 반지름 원뿔 상수 축 상의 두께 유리
평면-오목 -10D 12mm -51.04mm -0.5865 1.5mm BK7
평면-볼록 +10D 12mm 51.04 0.58215 3mm BK7
실시예 2. 구면 수차를 유도하는 컴퓨터 생성된 홀로그램:
ACD 유형 개방 간극(mm) φ=A2ρ2+A4ρ4;이원성 표면의 위상 방정식(라드) 제니케 다항식에 의하여 유도된 수차(㎛)
네거티브 구면 수차 12 A2 = 377A4 = -377 C4 0=-8.2
포지티브 구면 수차 12 A2 = -377A4 = 377 C4 0=+8.2
상기에서, ρ는 표준화 방사 구경 좌표이고 웨이브프론트 방정식은 WF = C4 0(6ρ4-6ρ2-1)이다.
실시예 3. 순수한 코마를 유도하는 컴퓨터 생성된 홀로그램:
개방 간극: 12mm 및 λ= 0.8㎛, 이원성 표면의 위상 방정식(라디안)은 하기와 같다:
(방정식 13)
상기 식에서, A4=202; rM=6mm, 및 y0=0.7mm이다. 제니케 다항식에 의하여 유도된 수차(㎛)는 하기와 같다:
(방정식 14)
상기 식에서, C3 -1 = -8.2이다.
시판되는 광학-설계 소프트웨어를 사용하여, CGH를 위상 함수에 의해 정의된 회절성 표면으로서 모델링할 수 있다. 위상 함수는 방사 또는 데카르트 다항식, 제니케 다항식 또는 스웨트 모델 위상 방정식일 수 있는 방정식에 의해 특정된다. 기본적으로, 광학 함수 φ(x,y)는 눈의 생성되는 웨이브프론트로부터 셋업의 초점면까지 광선 추적함에 의해 결정된다. CGH 널은 제 1 회절 차수로 동작해야 하므로, 반송파 주파수가 회절 차수의 분리를 보장하는 방식으로 위상 함수에 부가되어야 한다. CGH는 어베로스콥 축에 대하여 적합하게 타이틀링되거니 디센터링될 것이다.
포토리소그래피는 아마도 CGH를 제조하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 기법이다. 이원성 광학한 세 가지의 중요 장점을 제공한다: 복잡한 회절성 구조의 제공 능력; 2-단계-수준-소자에 대한 낮은 생산 비용; 및 다단계 소자에 의한 고회절 효율의 가능성.
회절성 이원성 소자에 의해 재생성되는 위상 함수 φ(s,y)는 0 내지 2π의 중적분의 간격으로 랩핑된다. 위상 프로필은 다음과 같이 주어진다:
(방정식 15)
상기 식에서, Φ0은 일정한 위상 오프셋이다. 이-단계 이원성 위상 함수는 다양한 방식으로 기술될 수 있는데, 예를 들어 1/2(xk + Xk+1)가 각각 방정식 φ(x,y) = 2kπ및 φ(x,y) = (2k-1)π의 해답 이하일 때, Ψ이원성(x) = π이다.
굴절률이 n인 기판 상에서 에칭된 CGH에 대한 표면-굴곡형 프로필 h(x,y)는 다음과 같이 주어진다:
(방정식 16)
통상적으로, CGH는 특정 파장에서 동작하도록 설계된다.
실시예 4. 공지된 수차를 생성하는 두 개의 렌즈의 조합
도 8은 하기 명세의 이중렌즈(50)를 도시한다: 입구 동공 직경 = 10mm. 두 개의 소자가 광학 축에 대하여 ±2mm로 디센터링된다. 제 1 소자(51)는 12.55mm의 곡률 반경, 0.17의 원뿔 상수 및 12°의 웨지(경사)를 갖는 평면-오목 렌즈이다. 제 2 소자(52)는 15.23mm 및 15.05mm의 두 개의 수직면에 곡률 반경을 지니는 쌍원뿔 볼록 표면의 평면-볼록 렌즈이다. 제니케 다항식으로 표현된 상기 이중렌즈에 의해 생성되는 웨이브프론트 수차는 다음과 같다:
(방정식 17)
이 때, 첫번째 용어는 코마를 나타내고, 두번째는 구면 수차를 나타내며; C3 -1 = 7.94; C4 0 = -0.234이고, ρ는 표준화 방사 구경 좌표이다.
실시예 5. 두 개의 CGH의 조합. 본 실시예에서, 두 개의 CGH의 "이중렌즈"는 독특한 측징으로서 구면 수차가 없는 특정량의 코마를 제공한다. λ= 0.82㎛인 12mm의 뚜렷한 구경에 대하여, 광학축에 대해 ±0.7mm로 디센터링된 두 개의 CGH는 다음과 같이 주어지는 위상 방정식(라드)를 갖는다:
(방정식 18)
(방정식 19)
상기 식에서, r는 방사 좌표(mm)이다. 제니케 다항식에 의하여 유도된 수차는 다음과 같다(㎛):
(방정식 20)
상기 식에서, C3 -1 = -8.65이고, rM = 6mm이고, X 및 Y는 동공 좌표(mm)이다.
ACD의 축 및 가로 정위와 관련된 공차 분석은 정렬/정위 파라미터에 대한 민감도를 제시할 수 있다. 이러한 분석이 본 발명자에 의해 수행되었다 ("Ocular Aberrations Induced by Centration Errors in Waveguided Treatments," The Association for Research in Vision and Ophthalmology("ARVO"), 2002).
임의의 ACD 독립형에 대한 것뿐 아니라 ACD를 포함하는 전체 웨이브프론트 측정 기계에 대해서 간섭 셋업을 사용하여 검증을 수행할 수 있다. 이 경우, 평평한 미러는 렌슬렛 어레이의 앞에 위치하여 이중 통행 방식으로 시스템을 시험할 수 있다.
본 발명이 개선된 웨이브프론트 정확성의 이점을 부여함이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 디포커스 오차 및 구면 수차와 같은 눈의 수차의 제한된 유형을 생성할 수 있는 전형적인 렌즈와 비교하여, 컴퓨터 생성된 홀로그램은 대체로 임의의 개개의 눈의 수차 또는 상이한 수차의 조합을 재생성하여 합성 웨이브프론트를 생성할 수 있다.
상기 설명에서, 특정 용어가 간결성, 명확성 및 이해를 위해 사용되었으나 이러한 용어는 본원을 설명할 목적으로 사용하여 광범하게 해석하려는 의도이므로, 종래 기술의 요건 이외에는 이로부터 불필요한 제한을 포함하지 않는다. 더욱이, 본원에 예시되고 설명된 장치의 구체예는 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범위는 본원에 개시된 기술만으로 제한되지 않는다.
본 발명에 기술된 구성, 작용 및 바람직한 구체예의 용도, 및 이에 의해 수득된 유리하고 신규하며 유용한 결과, 신규하고 유용한 구성 및 당업자에게 자명한 이의 합당한 기계적인 등가물이 첨부된 청구항에 기술된다.
본 발명에 따르면, 광학 수차의 객관적인 측정에 사용되는 웨이브프론트 측정 장치를 캘리브레이션하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 제공된다
도 1은 본 발명의 교시에 따른 예시적인 어베로미터 광학 경로의 도식이다.
도 2는 어베로미터 광학 경로의 대안적인 구체예의 도식이다.
도 3은 본 발명의 장치의 구체예에 의해 유도될 수 있는 예시적인 범위 변위를 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 렌슬렛 어레이 초점면에서 스폿 크기를 계산하기 위한 근축 접근법에 사용된 광선 추적 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라 공지된 수차를 유도하기에 유용한 복합 렌즈를 나타낸다.

Claims (29)

  1. 웨이브프론트 분석기의 광학 경로로 삽입가능한 광학 소자로서, 웨이브프론트 분석기에 제시하기 위한 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하기에 적합한 광학 소자를 포함하는 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 광학 소자가 홀로그램을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 홀로그램이 요망되는 광학 웨이브프론트를 재생성하기에 적합한 표면을 지니는 기판을 포함하고, 요망되는 광학 웨이브프론트가 소정의 수차를 지님을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 요망된 수차 웨이브프론트가 제니케 다항식을 사용하여 모델링된 웨이브프론트를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 홀로그램이 컴퓨터 생성된 홀로그램을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 홀로그램이 하르트만-색 웨이브프론트 분석기의 광학 경로로 삽입될 수 있음을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 광학 소자가 특정 전력 및 수차에 대해 최적화된 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 렌즈가 일제히 동작하는 다수의 렌즈를 포함하여 소정의 수차를 유도함을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 광학 소자가 소정의 수차를 유도하기에 적합한 공간적인 광 조절기를 포함함을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 광학 소자가 웨이브프론트에서 소정량의 디포커스를 유도하는 수단을 포함하는 장치로서, 디포커스의 양이 제 1 최소치 내지 제 1 최대치의 제 1 범위로부터 제 2 최소치 내지 제 2 최대치의 제 2 범위까지 웨이브프론트 분석기의 측정 범위를 변위시키고, 제 1 및 제 2 최소치 및 제 1 및 제 2 최대치가 소정량의 디포커스에 의해 달라짐을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 광학 소자가 굴절형 및 투과형 광학 소자로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 장치.
  12. 광학 경로의 다운스트림 말단에서 웨이브프론트 탐지기를 포함하는 웨이브프론트 분석기; 및
    웨이브프론트 분석기의 광학 경로에 삽입가능한 광학 소자로서, 분석기에 제시되는 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하기에 적합한 광학 소자를 포함하는 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 광학 소자의 다운스트림의 탐지기상에 유입되는 웨이브프론트를 조준하기 위한 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 12항에 있어서, 광학 소자가 굴절형 및 투과형 광학 소자로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 12항에 있어서, 광학 소자가 홀로그램을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 홀로그램이 컴퓨터 생성된 홀로그램을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 12항에 있어서, 웨이브프론트 분석기가 하르트만-색 웨이브프론트 분석기를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 하르트만-색 웨이브프론트 분석기가
    유입되는 웨이브프론트를 수용하기 위한 입구 동공;
    입구 동공의 이미지를 개재성 동공면상에 형성시키는 제 1 역망원 광학 시스템;
    렌슬렛 어레이; 및
    웨이브프론트 탐지기상에 개재성 동공 이미지를 샘플링하기 위한 렌슬렛 어레이상에 개재성 동공면의 이미지를 형성시키는 제 2 역망원 광학 시스템을 포함하고, 광학 소자가 입구 동공의 인접부, 개재성 동공면 및 렌슬렛 어레이면의 인접부로 구성된 군으로부터 선택된 위치에 정위됨을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 빔분할기를 추가로 포함하는 시스템으로서,
    광학 소자가 반사형 컴퓨터 생성된 홀로그램을 포함하고;
    제 1 역망원 광학 시스템이 제 1 수렴 렌즈 및 제 1 조준 렌즈를 포함하고, 제 1 조준 렌즈가 제 1면에서 제 1 수렴 렌즈로부터 유입되는 웨이브프론트를 수용하고 제 2면으로부터 조준되는 웨이브프론트를 출력하도록 정위되며, 제 1 수렴 렌즈 및 제 1 조준 렌즈가 함께 개재성 동공면상에 입구 동공을 이미지화하도록 작용하고, 컴퓨터 생성된 홀로그램이 제 1 조준 렌즈상에 조준된 웨이브프론트를 수용하고 반영하도록 정위되며, 유입되는 웨이브프론트가 제 1 수렴 렌즈를 나가서 실질적으로 개질되지 않은 채로 통과할 수 있도록 빔분할기가 정위되고 변경되며;
    제 2 역망원 광학 시스템이 제 2 수렴 렌즈를 포함하고, 제 2 수렴 렌즈가 제 2면에서 홀로그램으로부터 반사된 웨이브프론트를 수용하고 빔분할기상에 제 1면으로부터의 수렴 웨이브프론트를 출력하도록 정위된 제 1 조준 렌즈를 포함하며; 및
    제 2 역망원 광학 시스템이 빔분할기로부터의 수렴 웨이브프론트를 수용하고 렌슬렛 어레이상에 제 2 조준 웨이브프론트를 출력하도록 정위된 제 2 조준 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  20. 비수차 웨이브프론트를 웨이브프론트 분석기에 이르는 광학 경로를 따라 통과시키는 단계;
    수차 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하여 웨이브프론트 분석기의 다운스트림에서 광학 경로에 정위된 광학 소자를 사용하여 수차 웨이브프론트를 형성하는 단계;
    웨이브프론트 분석기를 사용하여 광학 소자를 나가는 수차 웨이브프론트를 분석하는 단계; 및
    수차 웨이브프론트로부터 웨이브프론트 분석기에 의해 생성된 데이터를 사용하여 웨이브프론트 분석기를 캘리브레이팅하는 단계를 포함하여, 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 유도 단계가 제 1 최소치 내지 제 1 최대치의 제 1 범위로부터 제 2 최소치 내지 제 2 최대치의 제 2 범위까지 웨이브프론트 분석기의 측정 범위를 변위시키는 단계를 추가로 포함하고, 제 1 및 제 2 최소치 및 제 1 및 제 2 최대치가 광학 소자에 의해 측정량에 의해 달라짐을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서, 광학 소자의 다운스트림에서 웨이브프론트 분석기상에 수차 웨이브프론트를 조준시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20항에 있어서,
    비수차 웨이브프론트를 입구 동공에 수용하는 단계;
    입구 동공의 이미지를 개재성 동공면상에 형성시키는 제 1 역망원 광학 시스템을 사용하는 단계;
    웨이브프론트 분석기의 렌슬렛 어레이상에 개재성 동공면의 이미지를 형성시키는 제 2 역망원 광학 시스템을 사용하는 단계; 및
    렌슬렛 어레이에서 개재성 동공면 이미지를 샘플링하고 웨이브프론트 분석기상에 이미지 샘플을 제시하는 단계를 추가로 포함하고, 수차 유도 단계가 광학 소자를 입구 동공의 인접부, 개재성 동공면 및 렌슬렛 어레이면의 인접부로 구성된 군으로부터 선택된 위치에 정위시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 23항에 있어서,
    광학 소자가 반사형 컴퓨터 생성된 홀로그램을 포함하고;
    제 1 역망원 광학 시스템이 제 1 수렴 렌즈 및 제 1 조준 렌즈를 포함하고, 이 때 제 1 조준 렌즈가 제 1면에서 제 1 수렴 렌즈로부터 제 1 웨이브프론트를 수용하고 제 2면으로부터 조준된 비수차 웨이브프론트를 출력하도록 정위되며;
    소정량의 수차를 유도하는 단계가
    홀로그램에서 조준된 비수차 웨이브프론트를 수용하는 단계;
    조준된 비수차 웨이브프론트에서 소정의 수차를 유도하여 수차 웨이브프론트를 생성하는 단계; 및
    제 1 조준 렌즈상에 수차 웨이브프론트를 반사시키는 단계를 포함하고;
    제 1 조준 렌즈의 제 2면을 통과시켜 이의 제 1면 밖으로 수차 웨이브프론트를 수렴하는 단계; 및
    수렵된 수차 웨이브프론트를 제 2 조준 렌즈상에 반사시켜 조준된 수차 웨이브프론트를 렌슬렛 어레이상에 출력하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 20항에 있어서, 광학 소자가 비수차 웨이브프론트에서 소정량의 디포커스를 유도하는 수단을 포함하는 방법으로서, 디포커스의 양이 제 1 최소치 내지 제 1 최대치의 제 1 범위로부터 제 2 최소치 내지 제 2 최대치의 제 2 범위까지 웨이브프론트 분석기의 측정 범위를 변위시키고, 제 1 및 제 2 최소치 및 제 1 및 제 2 최대치가 소정량의 디포커스에 의해 달라짐을 특징으로 하는 방법.
  26. 요망되는 수차를 결정하는 단계;
    요망되는 수차를 갖는 홀로그램을 생성하는 단계; 및
    웨이브프론트 분석기의 다운스트림에 홀로그램을 정위시키는 단계를 포함하여, 어베로스콥을 캘리브레이팅하는 장치를 구성하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 결정 단계가 제니케 다항식을 이용하여 요망되는 수차를 갖는 웨이브프론트를 모델링하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 결정 및 생성 단계가 컵퓨터를 사용하여 요망되는 수차를 계산하고 기판상에 홀로그램을 생성하는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 26항에 있어서, 홀로그램이 투과형 및 반사형 컴퓨터 생성된 홀로그램 중의 하나를 포함함을 특징으로 하는 방법.
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