(57)【要約】眼球収差および角膜形状の両方を測定する単一的なシステムであって、該システムは、波面データを受信するセンサと、第１光路（１１）と、第２光路（１２）とを含む。上記第１光路は、平行化入射放射線ビームを眼球（９１）に導入し且つ眼球から出射する波面を網膜波面データとして上記センサに導向する手段を含む。上記網膜波面データに基づき光学系における収差を決定する手段も配備される。上記第２光路は、上記入射ビームを角膜表面（９０）に対して導入し且つ該角膜表面から反射されたビームを角膜波面データとして上記センサに導向する手段を含む。上記角膜波面データから角膜表面の形状を決定する手段も付加的に配備される。最後に、上記システムは上記入射ビームを上記第１および第２光路の間で切換える手段を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波面センサと、
眼球の網膜に対して平行化入射放射線ビームを導入する手段と、眼球の網膜から反射された波面を上記センサへと導向する手段とを備えた第１光路と、
眼球の角膜表面に対して入射ビームを導入する手段と、上記角膜表面から反射された波面を上記センサへと導向する手段とを備えた第２光路と、
上記入射ビームを上記第１光路と上記第２光路との間で切換える手段と、
上記センサからの波面データを、第１光路の波面データから眼球収差を決定し且つ第２光路の波面データから角膜表面の形状を決定するプロセッサに対して送信する手段とを備えて成る、
眼球の収差および形状を測定するシステム。
【請求項２】
前記第１光路の前記導入手段は、放射線源から入射ビームを受信すべく且つ該入射ビームを眼球網膜に対して導向すべく光軸に沿い位置されたビームスプリッタを備え、
上記入射ビームは眼球の瞳内に進入通過すべく寸法設定され、
上記ビームスプリッタは更に、網膜により反射された波面の一部を上記光軸に沿い通過させることが可能であり、
前記センサは上記光軸に沿い位置される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記センサは小型レンズ配列を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記センサはハルトマン−シャック波面センサを備える、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記第２光路の前記導入手段は、前記入射ビームの直径を角膜表面と同延のサイズへと拡開させる手段を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記拡開手段は無限焦点ビーム拡開器を備える、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第２光路の前記導入手段は、放射線源から入射ビームを受信すべく且つ該入射ビームを眼球角膜に対して導向すべく光軸に沿い位置されたビームスプリッタを備え、
上記ビームスプリッタは、角膜により反射された波面の一部を上記光軸に沿い通過させることが可能であり、
前記センサは上記光軸に沿い位置される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記第２光路の前記導入手段は、入射ビームを焦点合わせして該入射ビームを角膜表面の曲率中心にて収束する球状波面へと変換する手段を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記焦点合わせ手段は高度に補正された焦点合わせレンズを備える、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記焦点合わせレンズは角膜表面の曲率半径より大きな背面焦点距離を有する、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記焦点合わせレンズは約１０ｍｍより大きな背面焦点距離を有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記焦点合わせレンズは、角膜の曲率半径を眼球の瞳の直径で除算した商より小さなＦナンバーを有する、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
名目的球面からの角膜表面の偏差を前記第２光路の波面データに基づき決定すべくプロセッサ上に存在するソフトウェア手段を更に備えて成る、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２光路の導向手段は、角膜により反射された波面の直径を、網膜により反射された波面の直径と実質的に等しいサイズへと減少させる手段を有する中継用無限焦点システムを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記中継用無限焦点システムは、角膜により反射された波面を眼球と前記センサの間にて光軸から除去する第１ミラー手段と、角膜により反射された波面を上記光軸に対して復帰させる第２ミラー手段とを備え、且つ、
前記直径減少手段はレンズ手段を備える、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記レンズ手段は焦点合わせレンズと該焦点合わせレンズの下流の平行化レンズとを備える、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記波面センサはハルトマン−シャック波面センサを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
前記決定手段は、前記波面データに基づき球形度からの角膜の偏差を計算するソフトウェア・アプリケーションを備える、請求項９記載のシステム。
【請求項１９】
前記入射放射線ビームは目に安全な光学的レーザ・ビームから成る、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
当該サンプリング用絞りを通して前記出力波面の一部を送出するサンプリング用絞りを有する不透明プレートと、
上記小型レンズ配列のサンプリング用絞りの下流かつ該サンプリング用絞りから離間関係とされた感光型構成要素であって有限像として自身上に投射された上記出力波面の一部を受信する感光型構成要素と、
を備えた波面解析器を更に備えて成る、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記サンプリング用絞りは絞り配列を備え、且つ、前記感光型構成要素はＣＣＤ配列を備えると共に上記絞り配列の複数の絞りの各々内に担持されたレンズを更に備える、請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
切換え手段に対して平行化入射放射線ビームを導入する段階と、
上記切換え手段を操作して上記入射ビームを第１光路に対しまたは第２光路に対して導向する段階と、
もし上記第１光路が選択されるなら、上記入射ビームを眼球の網膜に導入し、且つ、眼球の網膜から反射された波面をセンサに対して導向する段階と、
もし上記第２光路が選択されるなら、上記入射ビームを眼球の角膜表面に対して導入し、且つ、角膜表面から反射された波面を上記センサに導向する段階と、
センサ・データを波面データへと変換する段階と、
上記第１光路の波面データから眼球収差を決定し且つ上記第２光路の波面データから角膜表面の形状を決定する段階とを備えて成る、
眼球の収差および形状を測定する方法。
【請求項２３】
前記第１光路の前記導入段階は、光軸に沿い位置されたビームスプリッタに対して前記入射ビームを導向する段階を備え、
上記ビームスプリッタは、放射線源から上記入射ビームを受信すべく且つ該入射ビームを眼球網膜に対して導向すべく位置され、
上記入射ビームは眼球の瞳内に進入通過すべく寸法設定され、
上記ビームスプリッタは更に、網膜により反射された波面の一部を上記光軸に沿い通過させることが可能であり、
前記センサは上記光軸に沿い位置される、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記センサは、当該不透明プレート自身内にサンプリング用絞りを有する不透明プレートを備える、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記センサはハルトマン−シャック波面センサを備える、請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
前記第２光路の前記導入段階は、前記入射ビームの直径を角膜表面と同延のサイズまで拡開する段階を備える、請求項２２記載の方法。
【請求項２７】
前記拡開段階は前記入射ビームを無限焦点ビーム拡開器へと導向する段階を備える、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記第２光路の前記導入段階は、前記入射ビームを、放射線源から上記入射ビームを受信すべく且つ該入射ビームを眼球角膜に対して導向すべく光軸に沿い位置されたビームスプリッタに対して導向する段階を備え、
上記ビームスプリッタは、角膜により反射された波面の一部を上記光軸に沿い通過させることが可能であり、
前記センサは上記光軸に沿い位置される、請求項２２記載の方法。
【請求項２９】
前記第２光路の前記導入段階は、前記入射ビームを角膜表面の曲率中心にて収束する球状波面へと変換する段階を備える、請求項２２記載の方法。
【請求項３０】
前記変換段階は、高度に補正された焦点合わせレンズへと前記入射ビームを導向する段階を備える、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記焦点合わせレンズは前記角膜表面の曲率半径より大きな背面焦点距離を有する、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記焦点合わせレンズは約１０ｍｍより大きな背面焦点距離を有する、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記焦点合わせレンズは、角膜の曲率半径を眼球の瞳の直径で除算した商より小さなＦナンバーを有する、請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
名目的球面からの角膜表面の偏差を前記第２光路の波面データに基づき決定する段階を更に備えて成る、請求項２２記載の方法。
【請求項３５】
前記第２光路の前記導向段階は、角膜により反射された波面の直径を、網膜により反射された波面の直径と実質的に等しいサイズへと減少させる段階を備える、請求項２２記載の方法。
【請求項３６】
前記減少段階は、該減少段階に先立ち、角膜により反射された波面を眼球と前記センサの間にて光軸から除去する段階と、該減少段階に引き続き、角膜により反射された波面を上記光軸に対して復帰させる段階とを備える、請求項３５記載の方法。
【請求項３７】
前記減少段階は、焦点合わせレンズと、該焦点合わせレンズの下流の平行化レンズとを使用する段階を備える、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記センサはハルトマン−シャック波面センサを備える、請求項２２記載の方法。
【請求項３９】
前記決定段階は、前記波面データに基づき球形度からの角膜の偏差を計算する段階を備える、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記入射放射線ビームは目に安全な光学的レーザ・ビームから成る、請求項２２記載の方法。
【請求項４１】
前記決定段階は、
当該絞りを通して前記出力波面の一部を送出する絞りを有する不透明プレートと、
上記不透明プレートの下流かつ該不透明プレートから離間関係とされた感光型構成要素であって有限像として自身上に投射された上記出力波面の一部を受信する感光型構成要素と、
を備えたセンサを用いる段階を備える、請求項２２記載の方法。
【請求項４２】
前記絞りは絞り配列を備え、且つ、前記感光型構成要素はＣＣＤ配列を備えると共に上記絞り配列の複数の絞りの各々内に担持されて小型レンズ配列を形成するレンズを更に備える、請求項４１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学的測定システムおよび方法に関し、より詳細には、角膜形状（ｃｏｒｎｅａｌ  ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）および眼球収差（ｏｃｕｌａｒ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）を測定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業界においては、（たとえばその開示内容は言及したことにより本明細書中に援用される米国特許第６，２７１，９１５号などで）本発明の譲受人により教示された如く眼球収差を測定する波面測定システムが公知である。斯かる波面測定に対する例示的概要は上記’９１５号特許の図２乃至図６に与えられる。
【０００３】
当業界においては、角膜形状を測定することも公知である（米国特許第５，０６２，７０２号）。
【０００４】
最後に、球状表面の収差を測定するシステムはエム・ブイ・マントラヴァディ（Ｍ．Ｖ．  Ｍａｎｔｒａｖａｄｉ）により開示されている（ディー・マラカラ編、光学研究試験、第２版、第１章、”ニュートン、フィゾーおよびハイディンガ干渉計”、ジョーン・ワイリー・アンド・サンズ社、１９９２年（”Ｎｅｗｔｏｎ，  Ｆｉｚｅａｕ  ａｎｄ  Ｈａｉｄｉｎｇｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｒｎｅｔｅｒｓ，  Ｃｈａｐｔｅｒ  １，  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈｏｐ  Ｔｅｓｔｉｎｇ，  ２ｎｄ．，  Ｄ．  Ｍａｌａｃａｒａ，  Ｅｄ．，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  １９９２））。このシステムは、フィゾー型干渉計を備えている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
故に本発明の目的は、角膜形状を測定するシステムおよび方法を提供するにある。
更なる目的は、眼球における収差も測定する如きシステムおよび方法を提供することである。
【０００６】
別の目的は、光路の一部に沿い共通要素を共有する如きシステムおよび方法を提供するにある。
付加的な目的は、単一回の準備により眼球における収差および角膜形状を測定するシステムおよび方法を提供するにある。
【０００７】
また、眼球の収差を測定する既存のシステムを改造することで角膜形状測定機能を付加する方法を提供することもひとつの目的である。
更に別の目的は、角膜形状を測定するシステムを作成する方法を提供するにある。
【０００８】
更に別の目的は、眼球における収差も測定する如きシステムを作成する方法を提供するにある。
【０００９】
これらのおよび他の目的は、本発明により、すなわち眼球収差および角膜形状の両方を測定する単一的なシステムおよび方法により達成される。該システムは、波面データを受信するセンサと、第１光路と、第２光路とを備える。上記第１光路は、平行化入射放射線ビームを眼球内に導入する手段と、眼球から出射する波面を網膜波面データとして上記センサへと導向する手段とを備える。上記網膜波面データに基づき当該光学系における収差を決定する手段も配備される。
【００１０】
上記第２光路は、入射ビームを角膜表面に対して導入する手段および該角膜表面から反射されたビームを角膜波面データとして上記センサに導向する手段を備える。上記角膜波面データから角膜表面の形状を決定する手段も付加的に配備される。
【００１１】
最後に、上記システムは上記入射ビームを上記第１および第２光路の間で切換える手段を備える。
【００１２】
本発明の方法は、第１および第２光路のいずれかを選択する段階を備える。もし上記第１光路が選択されるなら、平行化入射放射線ビームが眼球の網膜の近傍に焦点合わせされ、且つ、反射された放射線ビームは逸脱した波面としてセンサに送出される。次に、上記逸脱波面データは解析されて収差が特徴付けられる。
【００１３】
もし上記第２光路が選択されるなら、上記入射ビームは眼球の角膜表面へと導向される。角膜表面から反射されたビームは上記センサに送出され、且つ、角膜波面データが解析されて角膜形状が特徴付けられる。
【００１４】
本発明の更なる目的および利点と共に、構成および作用方法の両者に関して本発明を特徴付ける特徴は、添付図面に関して用いられる以下の記述から更に良好に理解される。各図面は例示および説明を目的とするものであり、発明の限界の定義を意図していないことを明確に理解すべきである。本発明によるこれらのおよび他の付随目的ならびに本発明により提供される利点は、添付図面に関して以下の説明を読破すれば完全に明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に図１乃至図５を参照し、本発明の好適実施例の説明が与えられる。
本発明のシステム１０の好適実施例は、光学面を含む光学系において上記光学面の形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）および該光学系における収差を測定する単一的システムを備える。特定実施例において、上記光学面は角膜外側面９０から成り且つ上記光学系は眼球９１から成る。
【００１６】
本発明のシステム１０は、第１光路１１（第１光学距離１１）および第２光路１２（第２光学距離１２）、ならびに、これらの経路を切換えるための手段２４を備える。第１光路１１（図１および図２）は、限定を意図すること無く、本出願と同様に本出願人が所有する上記米国特許第６，２７１，９１５号に開示された如き業界公知の波面収差計を備えると共に、平行化入射放射線ビーム１３を眼球９１および共通経路１６内に導入する手段を含む。入射ビーム１３は好適には、目に安全な狭幅レーザ・ビームから成る。詳細には上記第１光路の入射ビーム１３導入手段は、眼球９１内への入射ビーム１３を網膜９２の中心窩へと導向するビームスプリッタ１４から成る。網膜９２の中心窩から散乱により反射された波面は、眼球９１の介在要素を介して戻り進行する。眼球９１を出射すると共に該眼球９１の全体的収差を含む反射ビーム１５は、センサ２１に向かう共通経路１６を進行する。特定実施例において上記センサは、ハルトマン−シャック波面解析器（Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ  ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  ａｎａｌｙｚｅｒ）から成る。この実施例においてセンサ２１は、規則的に離間された箇所において波面２０もしくは２８をサンプリングする業界公知の小型レンズ配列（ｌｅｎｓｌｅｔ  ａｒｒａｙ）を備える。
【００１７】
第２光路１２（図３および図４）は形状測定器（ｔｏｐｏｍｅｔｅｒ）を備えるが、該形状測定器は、平行化入射放射線ビーム１３を拡開させる手段と、拡開ビーム３０を焦点合わせする手段と、角膜９０から反射されたビーム３２をシステム１０の共通経路１６へと導向する手段とを含む。
【００１８】
上記拡開および焦点合わせ手段は、無限焦点ビーム拡開器（ａｆｏｃａｌ  ｂｅａｍ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）２９と、ビームスプリッタ１４と、拡開ビーム３０を角膜外側面９０の曲率中心にて収束する球状波面２５へと変換し得るべく高度に補正された焦点合わせレンズ３１とを備える。詳細には焦点合わせレンズ３１は、角膜表面９０の曲率半径より大きなたとえば１５ｍｍの背面焦点距離を有する。第１焦点合わせレンズ３１のＦナンバー（Ｆ／ｎｕｍｂｅｒ）は、角膜表面の名目的曲率半径を瞳孔径により除算した商すなわちＦ１．１より小さくされねばならない。焦点合わせレンズ３１と角膜表面９０との間の距離により、上記名目的球面の曲率半径が決定される。
【００１９】
角膜外側面９０から後方へ反射された波面２６は、名目的球面からの角膜表面９０の偏差に関するデータを含んでいる。
【００２０】
第２光路１２の導向手段は、第１光路１１の反射ビーム１５の直径と同延のサイズへとビーム３２の直径を減少させるレンズ３４および３７により形成された中継用無限焦点サブシステムを備える。導向手段２４はビームスプリッタ１４も備えるが、該ビームスプリッタには、ビーム３２を上記中継用無限焦点サブシステムの第１焦点合わせレンズ３４に向けて実質的に直角に導向する第１ミラー３３が追随する。第２ミラー中継配置区画は、角膜９０から反射されたビームを実質的に１８０°の角度で平行化レンズ３７に対して導向する第２ミラー３５および第３ミラー３６を備える。第３ミラー中継配置区画は、実質的に直角に平行化ビーム２７をシステム１０の共通経路１６に対して導向する第４ミラー３８を備える。
【００２１】
レンズ３７および３４の各有効焦点距離の比率は、ビーム３１および１５の各直径間の比率に略々等しい。共通経路１６へと送出されたビーム２７は、ビーム１５と実質的に同一の直径を有する。
【００２２】
第１光路１１および第２光路１２の一方を選択する切換え手段は、経路切換え手段２４（図５）を備えるたとえば機械的もしくは電気光学的とされ得る跳ね上げ機構（ｔｉｐ−ｕｐ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を備える。本実施例の経路切換え手段２４は機械的システムから成り、該機械的システムは、形状測定器用の第２経路１２に関して前述された如く、平行化入射放射線ビーム１３を拡開する手段と、拡開ビーム３０を焦点合わせする手段と、角膜９１から反射されたビーム３２をシステム１０の共通経路１６へと導向する手段とを含む。
【００２３】
いずれが選択されたかに依存して第１光路１１または第２光路１２がシステム１０に対して結合されたなら、収差計用の第１光路１１からのビーム２０または形状測定器用の第２光路１２からのビーム２８は、センサ２１および解析システム４０に向かう共通経路１６を進行する。好適実施例において共通経路１６は、中継用無限焦点サブシステム１７およびセンサ２１を備える。中継用無限焦点サブシステム１７はたとえば、限定を意図すること無く、一対のレンズ１８および１９から概念的に形成される。収差計用光路１１において中継用無限焦点サブシステム１７は、角膜平面９０をサンプリング用絞り２２上へと作像する。形状測定器用の第２光路１２において、中継用無限焦点サブシステム１７と協働してレンズ３４および３７により形成された中継用無限焦点サブシステムは、レンズ３１の出力平面をサンプリング用絞り２２上に作像する。
【００２４】
業界公知のハルトマン−シャック波面解析器を用いる本発明の好適実施例において、中継システム１７のレンズ１９の背面焦点面には、当該絞りを通して出力波面の一部を送出する絞りを有する不透明プレートが位置される。上記絞りは好適には、業界公知である如く小型レンズ配列を形成する当該絞り配列２２における複数の絞りの各々内に担持されたレンズを有する絞り配列２２を備える。センサ２１は更に、小型レンズ配列２２の下流であり且つ該配列に対して離間関係とされた感光型構成要素２３であって自身上に有限像として投射された波面２０もしくは２８のサンプルを受信する感光型構成要素２３を備える。好適には感光型構成要素２３は、ＣＣＤ配列から成る。感光型構成要素２３により受信されたデータは次に、業界公知の如くプロセッサ上に存在する計算用ソフトウェア手段４０により解析される。
【００２５】
上記説明においては、簡潔さ、明確さおよび理解のために一定の語句が用いられたが該語句により先行技術の要件を超える不要な限定が意味されるのではない、と言うのも、斯かる語句は本明細書中において記述目的で用いられ且つ広範囲に解釈されることが意図されるからである。更に、本明細書中において図示かつ記述された装置の実施例は例示的であり、発明の有効範囲が上記構成の厳密な詳細に限定されるのではない。
【００２６】
本発明、すなわち、上記構成、その好適実施例の作用および用途、それにより得られる有利で新規かつ有用な成果を記述してきたが、新規で有用な構成および当業者に明らかであるその合理的な物理的均等物は添付の各請求項中に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の収差計光路の概略図である。
【図２】眼球内へと入射レーザ・ビームを送出する収差計の一部の拡大図である。
【図３】形状測定器の光路の概略図である。
【図４】角膜外側面上で反射されたビーム幅を、中心窩から生じて眼球から出射するビームと同一サイズに減少する形状測定器部分の拡大図である。
【図５】跳ね上げ機構の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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