(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
視力矯正処置の最中にフィードバックをもたらすための機器であって、
生物の眼からの波面の特徴を測定するためのリアルタイム波面センサ（90102）と、
前記生物の眼のデジタル画像を取得し、かつ/またはビデオムービーを記録するためのリアルタイムビデオカメラ（90104）と、
前記リアルタイム波面センサ（90102）および前記リアルタイムビデオカメラ（90104）に連結されており、記録された波面データおよび前記眼の記録されたビデオムービーの両方について、同期されたデータの処理、記録、表示、および再生を可能にするためのデジタルビデオレコーダを備えているコンピュータ（90106）と、
前記コンピュータに接続され、前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを同じ画面上に同時に表示するための表示装置90108と
を備える、機器。
【請求項２】
コンピュータ（90106）が、前記波面データを前記デジタル画像に同期および混合されたコンピュータグラフィックスへと変換して複合表示を形成し、かつ視力矯正処置の最中に実行されるリアルタイムの行為に同期した複合ムービーを前記表示装置上に表示するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項３】
コンピュータ（90106）が、典型的には定性的および/または定量的な波面マップにて表わされ、かつ/あるいは異なる次数の波面収差のジオプトリー誤差を単位に表わされる光学屈折誤差を計算するために、波面収差/ひずみなどの指標を得るべくサンプリングされた波面データを分析し、該指標を保存し、かつ記録されたデジタル画像に該指標を同期させるようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項４】
コンピュータ（90106）が、定性的および/または定量的なデータの提示のやり方のユーザによる選択を可能にするようにさらに構成されている、請求項3記載の機器。
【請求項５】
コンピュータ（90106）が、球面および/または円柱を表わすための楕円および/または円を示すユーザの選択を可能にするようにさらに構成されている、請求項3記載の機器。
【請求項６】
コンピュータ（90106）が、得られたデータを選択された形態、フォーマット、伝達関数、アプリケーション、表現、出力、および/またはアルゴリズムへと操作するようにさらに構成されている、請求項3記載の機器。
【請求項７】
コンピュータ（90106）が、得られたデータを後の使用のために保存するようにさらに構成されている、請求項6記載の機器。
【請求項８】
コンピュータ（90106）が、入力装置からのアルゴリズムのリアルタイムでの入力を容易にするようにさらに構成されている、請求項3記載の機器。
【請求項９】
コンピュータ（90106）が、選択されたアルゴリズムをデータの収集後に適用するようにさらに構成されている、請求項3記載の機器。
【請求項１０】
波面センサが、
対象の眼から戻る波面を、それが波面センサ（90102）に入射する前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素（505）
をさらに備えており、かつ
コンピュータ（90106）が、
波面の選択された非平面波の波面収差成分をオフセットするだけのことによって波面の残りの非平面波の収差成分をより効率的に検出できるようにするために、前記制御可能な波面オフセット要素505を制御する
ようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項１１】
コンピュータ（90106）が、球面および円柱屈折誤差の典型的な表現である図を決定および表示するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項１２】
コンピュータ（90106）が、測定される波面の球面および円柱屈折誤差を直接的に示す、最良フィット楕円の長軸および短軸のセンタリング、大きさまたは長さ、ならびに角度軸の配向方向を計算し、かつ表示装置において示すようにさらに構成されている、請求項11記載の機器。
【請求項１３】
コンピュータ（90106）が、球面-円柱ジオプトリー値の観点でのリアルタイムの屈折誤差と、度で示される乱視軸とを一緒に表示するようにさらに構成されている、請求項11記載の機器。
【請求項１４】
患者の眼のリアルタイム波面測定およびスリットランプ検査の両方をもたらすための標準的なスリットランプ生体顕微鏡をさらに備える、請求項1記載の機器。
【請求項１５】
コンピュータ（90106）が、視力矯正処置の結果を最適化するためにリアルタイムで視力矯正処置を滴定するように執刀医をガイドするようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項１６】
コンピュータ（90106）が、角膜輪部減張切開術（LRI）または角膜減張切開術（CRI）あるいは弓形のいずれかの実行を容易にするために、白内障手術視力矯正処置の完了時にIOL埋め込み後の眼の最終的な波面測定を取得/記録し、かつ残余の乱視が存在する場合に、乱視の所望の中和が達成するまで切開を滴定するためのリアルタイム波面フィードバックの使用を容易にするようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項１７】
コンピュータ（90106）が、さらなる円柱矯正のための波面によってガイドされた角膜輪部減張切開術（LRI）または角膜減張切開術（CRI）あるいは弓形および基質内レンチキュールレーザ（Flexi）の医師ごとのデータベースを作成するようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項１８】
コンピュータ（90106）が、
残りの収差の除去を容易にするために視力矯正処置をどのように進めるべきかをリアルタイムで表示し、
結果を確認し、かつ
補償後の収差の値および方向を文書化する
ようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項１９】
コンピュータ（90106）が、IOLの最適な配置がフィードバックによって確認されるまで、対象の眼におけるIOLの配置の調節を容易にするために、IOLの埋め込み後に波面の測定を続けるようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２０】
コンピュータ（90106）が、矯正処置が誤った方向または正しい方向に進んでいることを視力矯正医に警報するようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２１】
コンピュータ（90106）が、矯正が誤った方向または正しい方向に進んでいることを視力矯正医に警報するために、リアルタイムで表示される情報をズームインおよびズームアウトするようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２２】
コンピュータ（90106）が、特定の矯正レベルに達したときに表示される情報、例えばフォントサイズ、太さ、スタイル、または色、を強調するようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２３】
コンピュータ（90106）が、表示を拡大または縮小するために表示をデジタル的にズームインまたはズームアウトするようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２４】
コンピュータ（90106）が、患者にとっての屈折の最終目標を術中に確認するために、屈折の結果を分析するようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２５】
コンピュータ（90106）が、術前のIOL選択式では一貫した結果がもたらされず、術後の角膜屈折処置を受ける患者について、IOLの屈折力の選択が正しいか否かを確認するようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２６】
コンピュータ（90106）が、トーリックIOLのセンタリングおよび周方向の角度配向配置をガイドするようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２７】
コンピュータ（90106）が、適切な整列のためのIOLの移動方向または乱視の矯正のためのトーリックレンズの回転方向を示すグラフィックスおよび/または音声情報を表示するようにさらに構成されている、請求項15記載の機器。
【請求項２８】
外科用顕微鏡の撮像経路に配置され、執刀医の眼の網膜への表示画像の投影を可能にするビーム指向要素をさらに備える、請求項1記載の機器。
【請求項２９】
前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを表示するために外科用顕微鏡（710）に直接搭載された小型LCDモニタをさらに備える、請求項1記載の機器。
【請求項３０】
コンピュータ（90106）が、波面測定データを対象の眼の画像へと重ねるようにさらに構成されている、請求項29記載の機器。
【請求項３１】
前記機器が、
外科用顕微鏡の撮像経路において対物共役面に組み込まれた半透明なマイクロディスプレイ
をさらに備えており、かつ
コンピュータ（90106）が、
決定性の動的波面検出システムの出力を、執刀医がもたらされた情報に顕微鏡の接眼レンズから眼を離す必要なく応答できるように、表示するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項３２】
前記表示装置が、外科処置の最中に観察される大型画面であり、かつ
コンピュータ（90106）が、
リアルタイムの波面測定結果を、同じ大型画面上に重ね合わせの画像としてかまたは隣接させて、あるいは別の表示窓において別々に、のいずれかで表示するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項３３】
コンピュータ（90106）が、視力矯正処置を完了するにあたり執刀医をガイドするための音声フィードバック信号をもたらすようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項３４】
コンピュータ（90106）が、
光学収差のリアルタイムのジオプトリー値またはグラフィックスを表示し、かつ
誤差の種類、誤差の大きさ、および誤差の変化を示すためのリアルタイムの音声信号を生成する
ようにさらに構成されている、請求項33記載の機器。
【請求項３５】
コンピュータ（90106）が、視力矯正処置の最中に加えられる矯正の良化または悪化を示すために、リアルタイム音声信号の音高、音色、および音量を変化させるようにさらに構成されている、請求項34記載の機器。
【請求項３６】
コンピュータ（90106）が、誤差が円柱であることを特定する特定の音高のリアルタイム音声信号を、誤差の大きさを示す音色とともに生成するようにさらに構成されている、請求項34記載の機器。
【請求項３７】
コンピュータ（90106）が、埋め込まれた多焦点IOLについて、その配置の最適化に加えて、所望のフォーカス範囲を有しているか否かを示すようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項３８】
コンピュータ（90106）が、較正の波面測定を行なうようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項３９】
コンピュータ（90106）が、埋め込まれたAIOLが所望の調節範囲をもたらすことができるか否かを測定するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項４０】
コンピュータ（90106）が、リアルタイムの波面測定のフィードバックにもとづいて適用できるデフォーカスオフセットの範囲を決定するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項４１】
コンピュータ（90106）が、前記波面センサ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、角膜の全視野にわたって対象の無水晶体状態を確認するようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項４２】
コンピュータ（90106）が、前記波面センサの環状リングサンプリングサイズを動的に変化させるようにさらに構成されている、請求項1記載の機器。
【請求項４３】
生物の眼からの波面の特徴を測定するためのリアルタイム波面センサ（90102）と、
前記生物の眼のデジタル画像を取得し、かつ/またはビデオムービーを記録するためのリアルタイムビデオカメラ（90104）と、
前記リアルタイム波面センサ（90102）および前記リアルタイムビデオカメラ（90104）に連結されており、記録された波面データおよび前記眼の記録されたビデオムービーの両方について、同期されたデータの処理、記録、表示、および再生を可能にするためのデジタルビデオレコーダを備えているコンピュータ（90106）と、
前記コンピュータ（90106）に接続され、前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを同じ画面上に同時に表示するための表示装置（90108）と
を備える、視力矯正処置の最中にフィードバックをもたらすための機器の作動方法であって、
眼からの光学波面を測定する前記リアルタイム波面センサ（90102）から、リアルタイムの波面測定値を表す波面データを、前記コンピュータ（90106）により受け取る工程;
前記眼のビデオムービーを取得および/または記録する前記リアルタイムビデオカメラ（90104）から、リアルタイムのカメラ画像を表すカメラデータを、前記コンピュータ（90106）により受け取る工程;
前記コンピュータ（90106）により、前記波面データを処理し、前記カメラデータと同期させる工程;および
前記コンピュータ（90106）により出力された、眼の画像のビデオと同期された波面データを、前記表示装置（90108）を通じて測定結果として表示する工程
を含む、前記作動方法。
【請求項４４】
表示する工程が、前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを同時に同じ画面（90108）上に表示することを含む、請求項43記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、2011年2月24日に出願された「Real-Time Measurement/Display/Record/Playback Of Wavefront Data For Use In Vision Correction Procedures」という名称の米国特許出願第13/034,648号からの優先権を主張する。米国特許出願第13/034,648号の全内容は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本出願は、2010年5月28日に出願された「Adaptive Sequential Wavefront Sensor With Programmed Control」という名称の出願第12/790,301号の一部継続出願であり、出願第12/790,301号は、2009年12月21日に出願された「User-Proposed Entry Field（s）  For Customized Data Analysis/Presentation」という名称の出願第12/643,945号の一部継続出願であり、出願第12/643,945号は、2009年10月23日に出願された「Optimizing Vision Correction Procedures」という名称の出願第12/605,219号の一部継続出願であり、出願第12/605,219号は、2007年6月12に出願された「Adaptive Sequential Wavefront Sensor」という名称の出願第11/761,890号（今や、2010年10月19日発行の米国特許第7,815,310号である）の継続出願であり、出願第11/761,890号は、2006年1月20日に出願された「Sequential Wavefront Sensor」という名称の出願第11/335,980号（今や、2008年11月4日発行の米国特許第7,445,335号である）の継続出願であり、これがすべてあらゆる目的において参照により組み入れられる。
【０００３】
技術分野
本発明の1つまたは複数の態様は、広くには、眼科用の波面センサ、適応光学系、ならびにデータの取り扱いおよび提示に関する。とくには、本発明は、波面によってガイドされる視力矯正処置、視力矯正処置にリアルタイムのフィードバックをもたらすためのビデオ「ムービー」に同期した波面データのリアルタイムでの測定/表示/記録/再生のための機器/システムおよび方法、ならびに装置によって収集または取得されたデータの取り扱いを個々のユーザにとってカスタマイズ可能にする装置のユーザインターフェイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
発明の背景
波面センサは、光学波面の収差を測定するための装置である。波面センサは、細い光ビームを目の網膜へと向け、目から出てくる光学波面を検出することによる眼収差の測定に使用されている。リラックスした状態の正視眼または収差が完全に矯正されたリラックスした状態の眼においては、眼から出てくる光学波面が平面である。他方で、眼が光学収差を有する場合、リラックスした状態の眼から出てくる波面は、平面から逸脱する。
【０００５】
オートリフラクション（auto-refraction）、標準的な眼波面測定、フォロプターテスト（phoropter test）、LASIK（Laser Assisted In-Situ Keratomileusis）、LTK（Laser Thermokeratoplasty）、SBK（Sub-Bowmans Keratomileusis）、IntraLASIK（Intra-stromal corneal lenticule extraction）、PPK（photorefractive keratectomy）、LASEK（Laser Assisted Sub-Epithelium Keratomileusis）、IOL（多焦点、調節型、およびトーリックIOLなどの眼内レンズ）の埋め込み、角膜オンレー/インレーの埋め込み/位置決め、RK（Radial keratotomy）、LRI（Limbal Relaxing Incision）、CRI（Corneal Relaxing Incision）、およびAK（Arcuate Keratotomy）などといった伝統的な視覚の診断、視力の矯正、および外科的な屈折の処置は、一般に、連続的な波面測定の結果を臨床医へとリアルタイムで表示することによって矯正の効果をリアルタイムで示すことを、行なわずに実行されている（例えば、米国特許第6271914号、第6271915号、第6460997号、第6497483号、および第6499843号（特許文献1〜5）を参照）。波面センサは、動的な視力矯正プロセスの前、最中、または後に眼の屈折誤差および高次収差を測定するために使用されているが、これらの装置は、一般的に、測定の波面マップの静的なスナップショット表示を生成するだけであり、光学的な結果の最適化のために医師にとってきわめて重要な情報を潜在的に欠いている。
【０００６】
伝統的に、測定装置は、データの収集、処理、ならびに提示または表示のための作り付けの制御部とともに、エンドユーザへと提供される。したがって、エンドユーザは、データを自身の好みに合わせて操作する自由を有していない。眼科における用途など、いくつかの用途においては、データの操作に関して好ましい形態、フォーマット、伝達関数、アプリケーション、表現、出力、および/またはアルゴリズムを選択する自由をエンドユーザに提供する必要性が存在することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第6271914号
【特許文献２】米国特許第6271915号
【特許文献３】米国特許第6460997号
【特許文献４】米国特許第6497483号
【特許文献５】米国特許第6499843号
【発明の概要】
【０００８】
1つの例示的な態様は、視力矯正処置へとフィードバックをもたらすための機器/システムであって、生物の眼からの波面の特徴を測定するためのリアルタイム波面センサと、眼のデジタル画像の取得しかつ/またはビデオムービーを記録するためのリアルタイムビデオカメラと、記録された波面データ/結果および記録された眼のビデオムービーの両方について、同期されたデータの処理、リアルタイム表示、記録、および再生を可能にするためのデジタルビデオレコーダを備えているコンピュータと、コンピュータへと接続され、処理された波面結果および眼の画像のビデオを同じ画面上に同時に表示するための表示装置とを備える機器/システムである。
【０００９】
別の例示的な態様は、視力矯正処置へとフィードバックをもたらすための方法であって、眼からの光学波面をリアルタイム波面センサで測定する工程と、眼のビデオムービーをリアルタイムビデオカメラで取得および/または記録する工程と、波面情報および眼のビデオムービーの両方の同期された表示および/または記録および/または再生を可能にするためのデジタルビデオレコーダを有しているコンピュータで、波面データおよびビデオデータを処理する工程と、処理された波面結果および眼の画像のビデオを、同じ画面または2つ以上の（別々の）画面（例えば、一方または各々の接眼レンズにおけるヘッドアップディスプレイ）に同時に表示する工程とを含む方法である。
【００１０】
一例示的な態様においては、波面データが、眼のリアルタイムのビデオムービーに同期してリアルタイムでフレームごとに取得され、両方が同じまたは複数のモニタに表示される。
【００１１】
別の例示的な態様においては、波面測定パラメータを視力矯正処置の最中および/または後に眼のビデオムービーに同期したムービーとして見直すこと（巻き戻しおよび再生）ができるよう、デジタルビデオレコーダ（DVR）の能力が備えられる。
【００１２】
例示的な態様は、測定装置から取得されたデータの操作をカスタマイズするやり方をエンドユーザにとって選択可能にするための方法およびシステムを含む。
【００１３】
本発明のまた別の目的は、リアルタイムのフィードバックをオフセット特性とともに使用して、角膜物質の除去にもとづく視力矯正手術をガイドおよび最適化することにあり、そのような手術として、LASIK、SBK、LTK、IntraLasik、FlEXi Lasik、PRK、LASEK、RK、LRI、CRI、およびAKが挙げられる。
【００１４】
[本発明1001]
視力矯正処置の最中にフィードバックをもたらすための機器であって、
生物の眼からの波面の特徴を測定するためのリアルタイム波面センサ（90102）と、
前記生物の眼のデジタル画像を取得し、かつ/またはビデオムービーを記録するためのリアルタイムビデオカメラ（90104）と、
前記リアルタイム波面センサ（90102）および前記リアルタイムビデオカメラ（90104）に連結されており、記録された波面データおよび前記眼の記録されたビデオムービーの両方について、同期されたデータの処理、記録、表示、および再生を可能にするためのデジタルビデオレコーダを備えているコンピュータ（90106）と、
前記コンピュータに接続され、前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを同じ画面上に同時に表示するための表示装置90108と
を備える、機器。
[本発明1002]
コンピュータ（90106）が、前記波面データを前記デジタル画像に同期および混合されたコンピュータグラフィックスへと変換して複合表示を形成し、かつ視力矯正処置の最中に実行されるリアルタイムの行為に同期した複合ムービーを前記表示装置上に表示するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1003]
コンピュータ（90106）が、典型的には定性的および/または定量的な波面マップにて表わされ、かつ/あるいは異なる次数の波面収差のジオプトリー誤差を単位に表わされる光学屈折誤差を計算するために、波面収差/ひずみなどの指標を得るべくサンプリングされた波面データを分析し、該指標を保存し、かつ記録されたデジタル画像に該指標を同期させるようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1004]
コンピュータ（90106）が、定性的および/または定量的なデータの提示のやり方のユーザによる選択を可能にするようにさらに構成されている、本発明1003の機器。
[本発明1005]
コンピュータ（90106）が、球面および/または円柱を表わすための楕円および/または円を示すユーザの選択を可能にするようにさらに構成されている、本発明1003の機器。
[本発明1006]
コンピュータ（90106）が、得られたデータを選択された形態、フォーマット、伝達関数、アプリケーション、表現、出力、および/またはアルゴリズムへと操作するようにさらに構成されている、本発明1003の機器。
[本発明1007]
コンピュータ（90106）が、得られたデータを後の使用のために保存するようにさらに構成されている、本発明1006の機器。
[本発明1008]
コンピュータ（90106）が、入力装置からのアルゴリズムのリアルタイムでの入力を容易にするようにさらに構成されている、本発明1003の機器。
[本発明1009]
コンピュータ（90106）が、選択されたアルゴリズムをデータの収集後に適用するようにさらに構成されている、本発明1003の機器。
[本発明1010]
波面センサが、
対象の眼から戻る波面を、それが波面センサ（90102）に入射する前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素（505）
をさらに備えており、かつ
コンピュータ（90106）が、
波面の選択された非平面波の波面収差成分をオフセットするだけのことによって波面の残りの非平面波の収差成分をより効率的に検出できるようにするために、前記制御可能な波面オフセット要素505を制御する
ようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1011]
コンピュータ（90106）が、球面および円柱屈折誤差の典型的な表現である図を決定および表示するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1012]
コンピュータ（90106）が、測定される波面の球面および円柱屈折誤差を直接的に示す、最良フィット楕円の長軸および短軸のセンタリング、大きさまたは長さ、ならびに角度軸の配向方向を計算し、かつ表示装置において示すようにさらに構成されている、本発明1011の機器。
[本発明1013]
コンピュータ（90106）が、球面-円柱ジオプトリー値の観点でのリアルタイムの屈折誤差と、度で示される乱視軸とを一緒に表示するようにさらに構成されている、本発明1011の機器。
[本発明1014]
患者の眼のリアルタイム波面測定およびスリットランプ検査の両方をもたらすための標準的なスリットランプ生体顕微鏡をさらに備える、本発明1001の機器。
[本発明1015]
コンピュータ（90106）が、視力矯正処置の結果を最適化するためにリアルタイムで視力矯正処置を滴定するように執刀医をガイドするようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1016]
コンピュータ（90106）が、角膜輪部減張切開術（LRI）または角膜減張切開術（CRI）あるいは弓形のいずれかの実行を容易にするために、白内障手術視力矯正処置の完了時にIOL埋め込み後の眼の最終的な波面測定を取得/記録し、かつ残余の乱視が存在する場合に、乱視の所望の中和が達成するまで切開を滴定するためのリアルタイム波面フィードバックの使用を容易にするようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1017]
コンピュータ（90106）が、さらなる円柱矯正のための波面によってガイドされた角膜輪部減張切開術（LRI）または角膜減張切開術（CRI）あるいは弓形および基質内レンチキュールレーザ（Flexi）の医師ごとのデータベースを作成するようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1018]
コンピュータ（90106）が、
残りの収差の除去を容易にするために視力矯正処置をどのように進めるべきかをリアルタイムで表示し、
結果を確認し、かつ
補償後の収差の値および感覚を文書化する
ようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1019]
コンピュータ（90106）が、IOLの最適な配置がフィードバックによって確認されるまで、対象の眼におけるIOLの配置の調節を容易にするために、IOLの埋め込み後に波面の測定を続けるようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1020]
コンピュータ（90106）が、矯正処置が誤った方向または正しい方向に進んでいることを視力矯正医に警報するようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1021]
コンピュータ（90106）が、矯正が誤った方向または正しい方向に進んでいることを視力矯正医に警報するために、リアルタイムで表示される情報をズームインおよびズームアウトするようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1022]
コンピュータ（90106）が、特定の矯正レベルに達したときに表示される情報、例えばフォントサイズ、太さ、スタイル、または色、を強調するようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1023]
コンピュータ（90106）が、表示を拡大または縮小するために表示をデジタル的にズームインまたはズームアウトするようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1024]
コンピュータ（90106）が、正視などの、患者にとっての屈折の最終目標を術中に確認するために、屈折の結果を分析するようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1025]
コンピュータ（90106）が、術前のIOL選択式では一貫した結果がもたらされず、術後の角膜屈折処置を受ける患者について、IOLの屈折力の選択が正しいか否かを確認するようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1026]
コンピュータ（90106）が、トーリックIOLなどのプレミアムIOLのセンタリングおよび周方向の角度配向配置をガイドするようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1027]
コンピュータ（90106）が、適切な整列のためのIOLの移動方向または乱視の矯正のためのトーリックレンズの回転方向を示すグラフィックスおよび/または音声情報を表示するようにさらに構成されている、本発明1015の機器。
[本発明1028]
外科用顕微鏡の撮像経路に配置され、執刀医の眼の網膜への表示画像の投影を可能にするビーム指向要素をさらに備える、本発明1001の機器。
[本発明1029]
前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを表示するために外科用顕微鏡（710）に直接搭載された小型LCDモニタをさらに備える、本発明1001の機器。
[本発明1030]
コンピュータ（90106）が、波面測定データを対象の眼の画像へと重ねるようにさらに構成されている、本発明1029の機器。
[本発明1031]
前記機器が、
外科用顕微鏡の撮像経路において対物共役面に組み込まれた半透明なマイクロディスプレイ
をさらに備えており、かつ
コンピュータ（90106）が、
決定性の動的波面検出システムの出力を、執刀医がもたらされた情報に顕微鏡の接眼レンズから眼を離す必要なく応答できるように、表示するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1032]
前記表示装置が、外科処置の最中に観察される大型画面であり、かつ
コンピュータ（90106）が、
リアルタイムの波面測定結果を、同じ大型画面上に重ね合わせの画像としてかまたは隣接させて、あるいは別の表示窓において別々に、のいずれかで表示するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1033]
コンピュータ（90106）が、視力矯正処置を完了するにあたり執刀医をガイドするための音声信号などの視覚以外のフィードバックをもたらすようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1034]
コンピュータ（90106）が、
光学収差のリアルタイムのジオプトリー値またはグラフィックスを表示し、かつ
誤差の種類、誤差の大きさ、および誤差の変化を示すためのリアルタイムの音声信号を生成する
ようにさらに構成されている、本発明1033の機器。
[本発明1035]
コンピュータ（90106）が、視力矯正処置の最中に加えられる矯正の良化または悪化を示すために、リアルタイム音声信号の音高、音色、および音量を変化させるようにさらに構成されている、本発明1034の機器。
[本発明1036]
コンピュータ（90106）が、誤差が円柱であることを特定する特定の音高のリアルタイム音声信号を、誤差の大きさを示す音色とともに生成するようにさらに構成されている、本発明1034の機器。
[本発明1037]
コンピュータ（90106）が、埋め込まれた多焦点IOLについて、その配置の最適化に加えて、所望のフォーカス範囲を有しているか否かを示すようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1038]
コンピュータ（90106）が、較正の波面測定を行なうようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1039]
コンピュータ（90106）が、埋め込まれたAIOLが所望の調節範囲をもたらすことができるか否かを測定するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1040]
コンピュータ（90106）が、リアルタイムの波面測定のフィードバックにもとづいて適用できるデフォーカスオフセットの範囲を決定するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1041]
コンピュータ（90106）が、前記波面センサ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、角膜の全視野にわたって対象の無水晶体状態を確認するようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1042]
コンピュータ（90106）が、前記波面センサの環状リングサンプリングサイズを動的に変化させるようにさらに構成されている、本発明1001の機器。
[本発明1043]
視力矯正処置へとフィードバックをもたらすための方法であって、以下の工程を含む方法:
眼からの光学波面をリアルタイム波面センサ（90102）で測定する工程;
前記眼のビデオムービーをリアルタイムビデオカメラ（90104）で取得および/または記録する工程;
波面情報および前記眼のビデオムービーの両方の同期された表示、および/または記録、および/または再生を可能にするためのデジタルビデオレコーダを有しているコンピュータ（90106）で、波面データおよびビデオデータを処理する工程;および
処理された波面測定結果および眼の画像のビデオを表示する工程。
[本発明1044]
表示する工程が、前記処理された波面測定結果および前記眼の画像のビデオを同時に同じ画面（90108）上に表示することを含む、本発明1043の方法。
本発明のこれらの特徴および利点ならびに他の特徴および利点が、添付の図面と併せて理解される以下の態様の詳細な説明を検討することによって、当業者にとってさらに容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】リラックスした状態にある正視の眼から現れる平面状の波面を示している。
【図２】近視の眼から現れる収束性の球面の波面を示している。
【図３】遠視の眼から現れる発散性の球面の波面を示している。
【図４】近視かつ乱視も有する眼から現れる波面を示している。
【図５】眼からの波面の球面屈折誤差をオフセットするために動的デフォーカスオフセット装置が使用される一態様の概略図を示している。
【図６】図5に示した典型的な電子制御および検出システムのブロック図を示している。
【図７】撮像経路において対物共役面にマイクロディスプレイが組み込まれた外科用顕微鏡の図を示している。
【図８】残りの収差の強調を可能にする最良デフォーカスオフセット位置を割り出すためのデフォーカスの走査を可能にする組み込みのアルゴリズムの典型的なフローチャートを示している。
【図９Ａ】リアルタイム波面センサと、眼の撮像のためのリアルタイムビデオカメラと、デジタルビデオレコーダを含んでおり、モニタに接続されているコンピュータとを備える典型的な機器/システムの態様の概略図を示している。
【図９Ｂ】例示的な態様によって実行される工程の典型的なフローチャートを示している。
【図９Ｃ】例示的な態様によって生み出される表示のスクリーンショットを示している。
【図９】4つの感光領域A、B、C、およびDを有する象限検出器、ならびに平面状のサブ波面および非平面状のサブ波面における象限検出器上の像スポットを示している。
【図１０】平面状の波面、デフォーカスである波面、および乱視を有する波面について、環状リングを巡るいくつかのサブ波面のシーケンシャル波面センサによるサンプリング、象限検出器における関連の像スポットの位置、ならびに対応する重心位置のモニタに表示されたときの順次移動を示している。
【図１１】デフォーカスまたは球面屈折誤差だけを有する眼の場合について、種々のデフォーカスオフセットにおける断面の波面および対応する2D重心データ点パターンの変化を示している。
【図１２】デフォーカスおよび乱視の両方を有する眼の場合について、種々のデフォーカスオフセットにおける鉛直方向および水平方向のそれぞれの断面の波面、ならびに対応する2D重心データ点パターンの変化を示している。
【図１３】2D重心データ点パターンにもとづいて長軸および短軸を見つけ出し、したがって測定された波面の球面および円柱屈折誤差を明らかにする主要な工程の典型的なフローチャートを示している。
【図１３Ａ】例示的な態様のブロック図を示している。
【図１３Ｂ】本開示の方法の一態様に関係する工程のブロック図を示している。
【図１３Ｃ】一態様からのユーザ出力のスクリーンショットを示している。
【図１３Ｄ】一態様からのユーザ出力のスクリーンショットを示している。
【図１４】軸マークを有するトーリックレンズの概略図を示している。
【図１５】波面のいくつかの選択された収差成分をオフセットするために動的波面操作装置が使用される別の態様の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例示的な態様の詳細な説明
次に、本発明の種々の態様を詳しく参照する。これらの態様の例が、添付の図面に示されている。本発明を、これらの態様に関連して説明するが、本発明がいかなる態様にも限定されないことを、理解すべきである。むしろ、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想および技術的範囲に含まれうる代案、変更、および同等物が、本発明に包含される。以下の説明においては、種々の態様の完全な理解をもたらすために、多数の具体的詳細が記載される。しかしながら、種々の態様を、これらの具体的詳細の一部またはすべてを用いることなく実施することが可能である。他の場合においては、本発明を不必要に不明瞭にしないよう、周知の方法動作については詳しい説明を省略する。さらに、「例示的な態様」という表現が明細書のさまざまな場所に現れるが、それらは必ずしも同じ例示的な態様を指していない。
【００１７】
一態様は、複数のサブ波面を含む波面の一部分を受信し、フォーカスしたサブ波面の位置を表わす位置値を出力するように構成された動的波面センサと、前記波面の一部分を前記波面センサに入射する前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素と、前記制御可能な波面オフセット要素へと連結され、前記波面の選択された波面収差成分をオフセットすることによって前記波面の一部分の残りの収差成分をより効率的に検出できるようにするために、前記制御可能な波面オフセット要素を制御するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【００１８】
1つの例示的な態様は、複数のサブ波面を含んでおり、非平面状の波面収差成分を含んでいる波面を受信し、フォーカスしたサブ波面の位置を表わす位置値を出力するように構成された動的波面センサと、前記波面を前記波面センサに入射する前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素と、前記制御可能な波面オフセット要素へと連結され、前記波面の選択された非平面状の波面収差成分だけをオフセットすることによって前記波面の残りの非平面状の波面収差成分をより効率的に検出できるようにするために、前記制御可能な波面オフセット要素を制御するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【００１９】
別の例示的な態様は、光源によって生成され、非平面状の波面収差成分を含んでいる波面について、該波面の一部分であるサブ波面を焦点面に位置するイメージスポットへとフォーカスさせるように構成されたサブ波面フォーカスレンズと、入射波面の異なる部分を前記サブ波面フォーカスレンズへと順次に投影するように構成されたシーケンシャル波面走査装置と、前記サブ波面のサイズを制御するように構成された可変の開口と、実質的に前記サブ波面フォーカスレンズの焦点面に位置する位置検出装置であって、該位置検出装置上の前記イメージスポットの位置を示すように構成された位置検出装置と、前記波面を前記波面センサに入射する前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素と、前記制御可能な波面オフセット要素へと連結され、前記波面の選択された非平面状の波面収差成分だけをオフセットすることによって前記波面の残りの非平面状の波面収差成分をより効率的に検出できるようにするために、前記制御可能な波面オフセット要素を制御するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【００２０】
別の例示的な態様は、患者の眼の画像が進行中の視力矯正処置の最中に執刀医によって観察されているときに患者の眼から戻る波面のリアルタイムの収差値を測定し、リアルタイムの収差値を表わす出力信号をもたらすように構成された波面センサと、前記波面センサに接続され、リアルタイムの収差値を表わす動的な表示を執刀医へと示すように構成され、進行中の視力矯正処置の最中に患者の眼の画像を観察している執刀医によって観察されるように構成された表示装置と
を備える機器である。
【００２１】
上記および本出願の全体において開示される種々の態様の特徴を、互いに組み合わせることおよび/または互いに置き換えることが可能であることを、理解すべきである。
【００２２】
1つの例示的な態様は、視力矯正処置を最適化するための機器であって、患者の網膜へと向けられた細い光ビームと、眼からの波面のデフォーカスをオフセットするように構成された動的デフォーカスオフセット装置と、デフォーカスオフセットをともなう波面について環状リング（直径を動的に変化させることができる）を巡ってサンプリングされるいくつかのサブ波面の局所的な傾きを測定するように構成された波面センサと、各々のデータ点位置が前記サンプリングされたサブ波面の対応する局所的な傾きを表わしている二次元（2D）重心データ点パターンをリアルタイムで表示するように構成された表示装置と
を備える機器である。
【００２３】
別の態様は、視力矯正処置を最適化するための方法であって、細い光ビームを患者の網膜へと向ける工程と、患者の眼からの波面のデフォーカスを動的にオフセットする工程と、デフォーカスオフセットをともなう波面について環状リング（直径を動的に変化させることができる）を巡ってサンプリングされるいくつかのサブ波面の局所的な傾きを、リアルタイム波面センサにて測定する工程と、各々のデータ点位置が前記サンプリングされたサブ波面の対応する局所的な傾きを表わしている二次元（2D）重心データ点パターンを、リアルタイムで表示する工程と
を含む方法である。
【００２４】
リアルタイムの波面測定のフィードバックにもとづいて一部の波面収差成分をオフセットすることによって残りの収差成分をより明瞭に見えるようにするという一般的な概念を拡張し、
一態様は、視力矯正処置を最適化するための機器であって、患者の網膜へと向けられた細い光ビームと、患者の眼からの波面の特定の収差成分だけを動的にオフセットするように構成された波面オフセット要素と、オフセットされた波面について特定のサンプリングパターンに従ってサンプリングされるいくつかのサブ波面の局所的な傾きを測定するように構成されたリアルタイム波面センサと、前記オフセットをガイドするように構成されたフィードバック手段と
を備える機器である。
【００２５】
別の態様は、視力矯正処置を最適化するための方法であって、細い光ビームを患者の網膜へと向ける工程と、患者の眼からの波面の特定の収差成分だけを波面オフセット要素によって動的にオフセットする工程と、オフセットされた波面について特定のサンプリングパターンに従ってサンプリングされるいくつかのサブ波面の局所的な傾きをリアルタイム波面センサによって測定する工程と、フィードバック手段によって前記オフセットをガイドする工程と
を含む方法である。
【００２６】
例示的な態様は、眼からのいくつかの波面収差成分の単なる受動的な補償よりもむしろ、能動的なオフセットを使用する。オフセットを、単純な焦点距離可変のレンズまたは同等物を使用して実行でき、あるいはより複雑な波面マニピュレータを使用して実行することができる。先行技術との重要な区別は、オフセットの能動部分である。オフセットを走査することができ、故意のオフセットを、動的なやり方で1つまたは複数の特定の収差成分へと適用することができる。
【００２７】
別の例示的な態様は、リアルタイムの波面測定のフィードバックにもとづいて適用すべきオフセットの量または範囲を決定する際に、エンドユーザまたは組み込みのアルゴリズムの制御を関与させる。1つの目的は、視力矯正処置の際にさらなる矯正を必要とするそれらの波面収差成分の重要な特徴を強調することにある。他の目的は、雑音を均し、眼の収差のより良好な測定を得ることにある。
【００２８】
別の例示的な態様は、波面をサンプリングし、リアルタイムの測定結果を屈折の執刀医にとって容易に理解可能な様相で表示する。とくには、特定のデフォーカスオフセットまたはデフォーカスオフセットの走査を有する波面について環状リングを巡ってサンプリングを行なうことで、楕円（円および直線は楕円の極端な場合である）へとフィットさせることができる2D重心データ点パターンを生成することができ、そのようにする際に、球面円柱の屈折誤差の直接的な表現を実現することができる。
【００２９】
別の例示的な態様は、理解の容易な2D重心データ点パターンをエンドユーザへと提示するときに、必要であればサンプリングが波面の大部分をカバーすることもできるよう、波面のサンプリング用に選択される環状リングのサイズを動的に変化させる。組み込みのアルゴリズムを、環状リングのサイズの変化を考慮に入れつつ、依然として視力矯正医にとってそのままで良好に理解できる球面および円柱屈折誤差の典型的な表現である楕円またはダイアグラムを提示するために、使用することができる。別の例示的な態様は、いくつかの特定の高次波面収差についての情報を明瞭に強調できるよう、一部の低次収差をオフセットしつつ、サンプリングパターンに従って波面をサンプリングし、その逆も同様である。例えば、デフォーカスを動的にオフセットし、乱視を補償することによって、執刀医にとってお馴染みであり、外科的に対処するための技術を有しているきわめて一般的な高次収差（HOA）であるコマなどのHOA成分を、臨床医にとって容易に理解可能なフォーマットで強調および表示することができる。
【００３０】
別の例示的な態様は、手術の最中にIOLの配置をガイドし、その後に未だ手術室に居るうちに、最適なセンタリング、傾き、周方向の角度位置（トーリック性を有するレンズの場合）、および屈折の結果を確認する（すなわち、手術の最中に正視または患者にとっての他の任意の屈折の最終目標を確認する）。より具体的には、2D重心データ点パターンを、IOLによって付与される傾きの軽減をガイドするために使用することができ、多焦点IOLが埋め込まれる場合には、本開示の機器を、埋め込まれた多焦点IOLの焦点範囲をチェックするためにサンプリングされる環状リングのサイズを制御および変更するために使用することができ、調節型眼内レンズ（AIOL）が埋め込まれる場合には、本開示の機器を、埋め込まれたAIOLが所望の調節範囲を提供できるか否かを測定するために使用することができ、トーリックIOLが埋め込まれる場合には、本開示の機器を、トーリックIOLを配置するセンタリングおよび周方向の角度位置をガイドするために使用することができる。
【００３１】
例示的な態様は、とくには術前のIOL選択式では一貫した結果がもたらされない術後角膜屈折処置の患者について、IOLの屈折力の選択が正しいかどうかを確かめる。
【００３２】
別の例示的な態様は、生体外または生体内での角膜オンレーおよび/またはインレーの成形および配置を可能にする。
【００３３】
光学収差のない眼が、正視眼と呼ばれ、通常の収差のない視覚または視力が、正視と呼ばれる。そのような完璧な視覚を有する眼においては、眼がリラックスした状態にあるとき、遠方の物体からの光線を網膜へとシャープにフォーカスさせることができる。これが、レーザまたは他の視力矯正処置によって追求される。遠方の物体に関して、リラックスした状態の正視眼に進入する波面は平面であると考えられるため、光線の伝播の方向が逆になるとき、すなわち中心窩の付近の点光源から放射される光線が眼の光学系を逆行して眼から出るときも、波面はやはり平面である。図1が、リラックスした状態の正視眼120から出て行く平面状の波面110を示している。
【００３４】
眼の収差は、伝統的に、低次および高次に分類される。低次収差は、デフォーカス（球面屈折誤差とも称される）および乱視（円柱屈折誤差とも称される）を含む。2つの異なる種類のデフォーカスについて、よりお馴染みの名称は、近視（近眼）および遠視（遠眼（hypermetropiaまたはhyperopia））である。これらの屈折誤差は、自動屈折計（autorefractor）で測定することが可能であり、眼のすべての収差の約85パーセントを構成している。中心窩の付近の点光源から放射された光線が、デフォーカスである眼の光学系を逆行して眼から出て行く場合、波面は球状に収束性または球状に発散性のいずれかである。図2が、近視の眼220から出て行く収束性の球状の波面210を示しており、図3が、遠視の眼320から出て行く発散性の球状の波面310を示している。
【００３５】
乱視が存在しない場合、眼の角膜は、半分に切断された野球用ボールの断面のような形状である。この半ドームの曲率または峻度が、全体にわたって同じである。これを、縦に半分に（尖った両端を通って縦方向に）切断されたフットボールに類似した角膜と比較する。長さ方向（縫い目に沿う）の角膜の曲率が、短い方向における曲率と比べ、急勾配でない。そのような角膜は、光を1つの点にではなく、2つの点にフォーカスさせる。未矯正の乱視を有する者は、不鮮明な二重の像を見ることになる可能性がある。縦に切断されたフットボール状の形状を有する角膜は、乱視を有する。
【００３６】
乱視を有する眼において、遠方の物体からの光線は、2つの垂直な配向方向に沿って、2つの異なる点にフォーカスし、例えば一方が網膜上にフォーカスし、他方が網膜よりも後ろにフォーカスする。これは、角膜が乱視を有し、すなわち縦に切断されたフットボール状の非一様な曲率を有する眼の場合に当てはまる可能性がある。2つの異なる曲率が、2つの異なる焦点をもたらす。焦点がどこに位置するかに応じて、乱視のいくつかの異なる組み合わせが存在する。例として、以下が挙げられる。
・近視性単乱視:一方の点が網膜の前方にあり、他方が網膜上にある。
・複性近視性乱視:両方の焦点が網膜の前方にある。
・遠視性単乱視:一方の点が網膜の後方にあり、他方が網膜上にある。
・複性遠視性乱視:両方の焦点が網膜の後方にある。
・複合乱視:一方の点が網膜の前方にあり、他方が網膜の後方にある。
【００３７】
多くの場合、乱視が眼の内部および角膜において生じる場合、眼の内部における乱視が、角膜の乱視の量のちょうど反対である。したがって、2つの形態の乱視が互いに打ち消しあい、乱視のほとんどない眼がもたらされる。
【００３８】
乱視眼は、通常は、2つの異なる経線を互いに90°の位置に有し、結果として像が各々の経線について異なる平面にフォーカスする。経線の各々は、近視、遠視、または正視である可能性がある。乱視の矯正は、一般に、異なる特定の配向方向に異なる光線フォーカス力を有する円柱またはトーリックレンズである。
【００３９】
乱視は、距離にかかわらず像のフォーカスの外れを生じさせる。乱視眼において、「最小錯乱円」を網膜上に位置させるような調節またはフォーカシングによって、ぼやけを最小限にすることができる。
【００４０】
乱視を矯正するために、眼の前方または内部に配置されるときの円柱レンズの軸の位置を特定しなければならない。軸の角度の指定においては、観察者が患者に対面し、配向角度ゼロが観察者の左側に位置する。目盛りが水平線の下方において読み取られ、真下が90°であり、右側が180°である。
【００４１】
乱視眼または円柱状の屈折誤差を有する眼の場合に、眼の中心窩の付近の点光源から出てくる波面は、もはや光軸に関して回転対称ではなく、むしろ波面が、2つの異なる互いに直交する方位角の配向方向に沿って、異なる球状の発散性または収束性を有する。
【００４２】
図4が、近視かつ乱視（複性近視性乱視）も有している眼420から出てくる波面を示している。眼を出た後の波面の収束性の程度が、鉛直断面（側面図）と水平断面（上面図）とで異なることに、注意すべきである。側面図の場合における鉛直断面の波面410aが、上面図の場合における水平断面の波面410bと比べ、光線が眼を出た後の初期の収束がより大きい。したがって、ビームの形状が、光軸を中心として回転対称である純粋な円すい形ではもはやない。430の三次元の図によって示されるとおり、右側から左側への光の伝播に従って、ビームの断面形状（ビームの伝播の方向に垂直）が、大きな水平方向の楕円から水平線へと変化し、より短い長軸を有するより小さな水平方向の楕円へと変化し、最小錯乱円へと変化し、より短い長軸を有するより小さな鉛直方向の楕円へと変化し、鉛直線へと変化し、次いでより大きな鉛直方向の楕円へと変化する。これらの形状は、後述される二次元（2D）波面重心データ点パターンと混同されてはならないビーム断面に関するが、両者の間に対応または類似性が存在することに注意すべきである。
【００４３】
波面に関して、幾何学的な光線光学の表現が正確でないことに注意する必要がある。ビームが最良フォーカス位置の近くにフォーカスするとき、波面の変化を把握するために波動光学を使用すべきである。実際、ビームは、最良フォーカス領域の近くではよりガウスビームのように挙動し、波面の曲率が同じままでなく、収束性の波面からわずかにもっと収束性の波面へと徐々に変化し、次いであまり収束性でない波面へと変化し、最終的に平面状の波面へと変化した後に、発散性の波面へと変化する。水平線のビーム形状の位置においては、側面図または鉛直断面における波面が、これが該当の鉛直断面の波面が収束性の球状の波面から発散性の球状の波面へと変化している地点であるため、実際には平面である。同様に、鉛直線のビーム形状の位置においては、上面図または水平断面における波面が、これが該当の水平断面の波面が収束性の球状の波面から発散性の球状の波面へと変化している位置であるため、平面になる。ビーム形状の変化と関連の波面の変化との間の対応についてのさらに詳細な検討が、後に提示される。
【００４４】
視力および視機能は、波面の収差に関係しているが、視力を表わすために用いられる指標が、満たしてもらうために光学工場へと持ち込むことができる眼鏡またはコンタクトレンズの処方と同じではないことに、注意すべきである。視力は、通常は、例えば20/40などとスネレン書式（Snellen format）で与えられる。20/40という視力において患者が20フィートの距離から視認することができる物体を、20/20という視力を持つ者が40フィートの距離から視認することができる。したがって、20/400という視力を持つ者は、さらに悪い視力であり、分母または2番目の数が大きいほど、視力は低くなる。極端には、視力がさらに悪く、視力検査表の一番大きな文字「E」を視認できない場合、数えることができる指の本数が、視力を測定するための1つのやり方である。「指を数えること3フィート」という場合、その眼の視力が20/400という視力よりも悪く、3フィートの距離でなければ指の数を識別することができないことを意味する。完全な視力の基準は20/20という視力であるが、「完全」よりもさらに良好な視力の患者も存在する。大部分の患者が両眼を一緒に使用する一方で、視力は、個人の処方の測定と同様に、各々の眼において別々に検査される。下記の表が、視力（単位はフィートおよびメートル）と屈折誤差（単位は、レンズの屈折力の測定単位であり、メートルを単位として測定した焦点距離の逆数（すなわち、1/メートル）に等しいジオプトリー）との間の関係を示している。
【００４５】
【表１】
0005721291.tif 000002
【００４６】
視力矯正の処方に関して、眼が単に近視である場合には、ただ1つの負のジオプトリー数が存在する。マイナス符号は、近視または近眼を表わしている。マイナス符号の後ろに続く数字が、近視の量または「深刻さ」を表わしている。例えば、-1.00Dは、1ジオプトリーの近視を意味し、-5.25Dは、5.25または5と4分の1ジオプトリーの近視を意味している。これは、-1.00Dよりもさらに近視であり、より厚い負の眼鏡が必要である。
【００４７】
眼が単に遠視である場合には、ただ1つの正のジオプトリー数が存在する。プラス符号が、遠視または遠眼を表わしている。プラス符号の後ろに続く数字が、遠視の量または「深刻さ」を表わす。例えば、＋1.00Dは、1ジオプトリーの遠視を意味し、＋5.75Dは、5.75または5と4分の3ジオプトリーの遠視を意味している。これは、＋1.00Dよりもさらに遠視であり、より厚い正の眼鏡が必要である。
【００４８】
眼が乱視を有する場合、数字を辿ることはより難しい。乱視を有する眼についての処方には、実際には3つの数が存在する。一般的な形態は、S＋C×Axisである。SおよびCの両方とも、正または負のいずれかの数であってよい。Sは、処方のうちの「球」または球状部分と呼ばれるものを指す。Cは、処方のうちの乱視または円柱部分の量を指す。Axisは、0〜180度の間のどこかの数であり、この軸数は、どこで角膜の曲率の違いが生じているかを示し、あるいは乱視がどのような向きまたは整列を有しているのかを示している。存在する乱視の大きさを指定するだけでは充分でなく、どこで曲率の違いが生じているのかを座標を与えることによって知る必要がある。したがって、或る種類および深刻さの乱視についての処方には、3つの数字が存在する。2番目の数Cが大きいほど、より大きな乱視が存在する。乱視についていくつかの分類が存在し、3つの数字からなる処方を分析することによって、乱視の正確な種類が特定される。例えば、-2.00＋1.50×180は、マイナス2ジオプトリーの球状屈折誤差に180度の軸に位置するプラス1.50ジオプトリーの乱視が伴うことを意味し、＋4.00＋3.00×89は、プラス4ジオプトリーの球状屈折誤差に89度の軸に位置するプラス3ジオプトリーの乱視が伴うことを意味する。
【００４９】
高次収差は、屈折性の構成要素（涙液膜、角膜、房水、水晶体、および硝子体液）に不規則性が存在する眼を通過するときに光の波面が被る他のひずみを指す。角膜および水晶体の異常な曲率が、高次収差（HOA）の原因となる可能性がある。深刻な高次収差は、眼の手術、外傷、または疾病からの角膜の傷に起因する可能性もある。眼の自然のレンズを曇らせる白内障も、高次収差を引き起こす可能性がある。収差は、フォーカスを達成すべく光線の屈曲または屈折を助ける眼の涙液膜が、ドライアイによって減少する場合にも生じうる。高次収差のいくつかの名称は、コマ、トレフォイル、および球面収差である。高次収差は、波面センサを使用して測定可能であり、眼における収差の総数の約15パーセントを構成する。
【００５０】
波面センサが、視力矯正処置のための処方をもたらすことができる視力矯正前の測定を行なうために使用されており、視力矯正処置の最中または後の波面測定結果のスナップショットが、視力矯正医に矯正が適切に進行中または実行されたかどうかを知らせることができるという事実にもかかわらず、波面マップの静的またはスナップショットな性質ゆえに、視力矯正の結果を最適にすべく視力矯正処置をリアルタイムで即座にガイドまたは滴定することは不可能である。リアルタイムの客観的フィードバックを欠くことで、視力矯正の調節または微調整のために、1回または複数回の後追いの処置が必要になることも多いが、これはコストがかかり、本質的に危険を伴い、時間がかかり、眼科医および患者の両者にとって面倒である。
【００５１】
閉ループ法で波面測定を使用するレーザベースの屈折処置の制御（例えば、米国特許第6428533号、米国特許第6887232号、米国特許第7232463号、米国特許第6394999号、および米国特許第6508812号を参照）、ならびにリアルタイムでの波面測定結果の表示（例えば、米国特許第6572230号、米国特許第6609794号、および米国特許第6631991号）について、開示が存在しているが、閉ループ制御は臨床医にリアルタイムで視力矯正処置を最適化するための自由を与えておらず、表示が医師によって容易に理解できるフォーマットではないため、制御および表示がユーザフレンドリでない。さらに、波面補償器を取り入れたこれまでの波面センサベースの適応光学系は、一般にオン/オフの様相で動作し、したがってエンドユーザは、収差のある眼の波面の一部の低次またはすべてを補償するために、波面補償器をオンまたはオフにすることしかできない（例えば、米国特許第5777719号、米国特許第5949521号、米国特許第6095651号、米国特許第6948818号、米国特許第7416305号、米国特許第6595643号、米国特許第6709108号、米国特許第6964480号、米国特許第7448752号、米国特許第7419264号、米国特許第7475989号、米国特許第6631991号、米国特許第6634750号、米国特許第7226443号、および米国特許第7237898号を参照）。それらは、エンドユーザが一部の選択された波面収差成分を動的または部分的に打ち消しまたは故意にオフセットすることで、他の波面収差の重要な特徴を強調または明白な様相で明らかにすることを、可能にしていない。さらに、通常は2D波面マップまたはゼルニケ（Zernike）多項式係数の形態である波面測定結果の伝統的な提示のやり方は、視力矯正医または屈折の執刀医にとって決して容易に理解可能ではない。したがって、臨床医が、多くの場合に、矯正結果を最適にするための視力矯正処置の最中のガイドのために波面測定を解釈することに、困難を感じている。
【００５２】
以下で、視力矯正処置が進行しているときに視力矯正医にとって理解容易なスナップショットよりもむしろムービーの形態である波面測定の連続的なリアルタイムの客観的フィードバックをもたらす例示的な態様を説明する。これは、視力矯正医が、一部の波面収差成分だけを動的にオフセットまたは部分的に打ち消すことにより、さらなる矯正を必要とする残りの波面収差の臨床的に重要な特徴を強調し、あるいは増幅することまで可能にする。一方で、波面測定結果を、解釈および理解の容易なやり方で提示する必要がある。これらの欠けた特徴の特定が、視力矯正処置のリアルタイムでのより容易な最適化を可能にする。
【００５３】
1つまたは複数の例示的な態様によれば、眼からの波面のデフォーカス成分が、リアルタイムのフィードバックおよび/または測定された波面の表示に応答して、エンドユーザの所望に従い、あるいは何らかの組み込みのアルゴリズムによって、故意かつ能動的にオフセットされる。故意かつ能動的なオフセットは、サンプリングされたサブ波面の局所的な傾きの測定において波面センサのダイナミックレンジの限界を克服するという目的も果たすことができる波面のデフォーカスの補償という機能を果たすためだけでなく、他の波面収差成分の顕著な特徴をより明瞭に示すことで、視力矯正医または屈折の執刀医にとって視力矯正処置を微調整してリアルタイムで残りの波面収差を最小化することを可能にするためにも使用される。リアルタイムの波面測定結果のサンプリングおよび表示に関しては、環状リングを巡るサンプリングが、サンプリングされたサブ波面の局所的な傾きを円または楕円または直線へとフィットさせることができる2D重心データ点パターンの形態でモニタ上に表示することで、2つの主要な屈折誤差、すなわち球面および円柱屈折誤差と、円柱/乱視の軸とを直接示すことを可能にし、あるいはコマのカージオイド（cardioid）または他の高次の非対称の形態にフィットさせることを可能にする。結果として、屈折の執刀医が、波面測定結果を容易に理解して、相応に視力矯正を微調整することができる。
【００５４】
すべての波面収差のうちで、球面屈折誤差が、通常は種々の眼において最大のばらつきの範囲（一部の極端な場合では、おそらくは±30ジオプトリーにもなる）を有する一方で、乱視などの他のすべての波面収差成分は、通常はばらつきがはるかに小さい。加えて、屈折の手術において眼の水晶体が取り除かれる場合、無水晶体眼が、有水晶体眼と比べて劇的に異なる球面屈折誤差のジオプトリー値を有する可能性があり、差が20ジオプトリーにもなる可能性がある。サンプリングされたサブ波面の局所的な傾きの検出に関して波面センサのダイナミックレンジが限られているため、デフォーカスの補償後の波面を波面センサによって測定することができるように球面屈折誤差だけを補償するために、波面センサの光路にデフォーカス補償装置を配置することが望ましい。しかしながら、すでに述べたように、波面補償器または適応光学系を有する先行技術の波面センサは、基本的にいずれも、波面の補償をオンまたはオフのどちらにするかの「オン/オフ」形式で動作する。そのような動作は、リアルタイムでより良好な視力の矯正を達成するために屈折の矯正をどのように続けるべきかを容易に把握するうえで、屈折の執刀医に充分な手助けを提供しない。この欠点を克服するために、屈折の執刀医または組み込みのアルゴリズムが、特定の波面収差成分を選択的に打ち消し、あるいはオフセットすることで、残りの収差を「ズームイン」または「拡大」の様相で強調することを可能にする。結果として、屈折の執刀医が、残りの収差を取り除くために視力矯正処置をどのように続行すべきかをリアルタイムに理解し、結果を確認し、補償後の収差の値および方向を文書化することができる。
【００５５】
図5が、眼からの波面の球面屈折誤差成分をオフセットするためにデフォーカスオフセット装置が使用される動的波面検出システムの一態様を示している。
【００５６】
シーケンシャル波面センサ528が、波面502を有する直線偏光の入力光ビームをフォーカスさせる第1のレンズ504を有している。フォーカスビームが、偏光ビームスプリッタ（PBS）506を通って伝わるが、PBS 506は、その通過偏光方向が到来するビームの偏光方向に整列するような様相で配置されている。結果として、直線偏光の収束ビームがPBS 506を通過する。4分の1波長板508が、PBS 506の後方に配置されており、4分の1波長板508の速軸が、4分の1波長板508の通過後に円偏光のビームが現れるように向けられている。ピンホール510が、4分の1波長板508の後方かつ走査ミラー512の直前に配置され、光ビームの着目の波面から直接到来する光以外の光を拒絶する目的を果たす。
【００５７】
入力収束ビームは、ピンホール510を通過した後で、モータシャフト514に取り付けられた斜めの走査ミラー512の反射面にフォーカスする。ミラーにおいて反射した光ビームは発散性であり、そのビームの中心の主光線は、走査ミラー512の傾きの角度およびモータ514の回転位置に応じた方向へと変化させられる。反射ビームは依然として円偏光であると予想されるが、円偏光の回転方向は、左手から右手または右手から左手へと変化する。したがって、戻りの経路において4分の1波長板508を2回目に通過するとき、ビームは再び直線偏光になるが、偏光の方向は、元の入射ビームの偏光の方向に対して直角な方向へと回転させられている。したがって、偏光ビームスプリッタ506において、戻りのビームは、図5に破線の光線によって示されるように、大部分が左方へと反射させられる。
【００５８】
第2のレンズ516が、PBS 506の左隣に配置され、反射後の発散ビームを平行にして、元の入力波面の複製を生成する。走査ミラーの傾きゆえに、複製された波面は横方向にずらされている。開口518が、複製された波面の小部分を選択するために、第2のレンズ516の背後かつサブ波面フォーカスレンズ520の直前に配置されている。サブ波面フォーカスレンズ520が、選択されたサブ波面を位置検出装置522へとフォーカスさせ、位置検出装置522が、順次に選択されるサブ波面から生成されるフォーカス光スポットの重心を割り出すために使用される。モータ514を回転させ、走査ミラー512の傾きの角度を連続的または段階的なやり方で変化させることによって、複製される波面の径方向および方位角のシフトの量を、複製される波面の任意の部分を順次的なやり方で開口518を通過するように選択できるように、制御することができる。結果として、元の入射ビームの全体的な波面を、各々のサブ波面の重心が今や並列なやり方ではなくて順次的なやり方で得られる点を除き、標準的なHartmann-Shack波面センサの場合に関して特徴付けることができる。
【００５９】
走査ミラーの傾きの角度が一定のままである場合、波面502の環状部分が順次に走査される。環状部分の半径を、走査ミラーの傾きを変えることによって変化させることができる。
【００６０】
光源534と、平行レンズ537と、ビーム指向要素536とを備える光源モジュール535が、細い光ビームを患者の眼538の網膜へと向けるために使用される。赤外撮像モジュール583を中心窩の位置の監視に使用でき、眼の整列および位置合わせにも使用できることが、米国特許出願公開第20080278683号において言及されている。さらに、図5に示されるとおりの内固定および視力投影モジュール542が、マイクロディスプレイ544と、可変フォーカスレンズ546と、ビーム指向要素548とを備えることができ、患者の眼の調節の変更ならびに患者の視力の確認の機能を果たすことができる。患者の眼の調節機構が麻酔されていない場合、全調節範囲にわたる波面収差の連続的な測定が、視力矯正のための最適化された処方をもたらす。これら2つのモジュールが示されているという事実にかかわらず、それらが機器の態様に絶対に必要というわけではないことも、理解すべきである。
【００６１】
しかしながら、態様の一局面として、内固定/視力投影モジュールを、患者の眼の調節を変化させるために使用することもでき、やはり波面の測定が調節の範囲の全体について行なわれる。調節の際に、固定の軸が変化せず、適切な患者の整列を意味することができる一方で、実際の視軸または中心が変化し、或る種の擬似的な調節または非対称な視力矯正を示すことができる。波面センサが変化を記録し、調節的な矯正を決定することができる。
【００６２】
態様の別の局面として、内固定/視力投影モジュールを、入射光ビームをガイドして中心窩の領域よりもむしろ網膜の種々の位置に到達させることができるよう、軸外を見つめるように患者をガイドするために使用することもできる。これは、マイクロディスプレイ544の特定の画素または画素群をオンにすることによって達成でき、結果として、眼が「オン」の画素を凝視するように誘導され、中心および周辺の光散乱位置の両方について眼の収差の波面を捕らえることを可能にする。そのようにするとき、波面収差を、入射光ビームの到達位置の関数として測定することができ、したがって網膜上の種々の位置から散乱した光の波面収差の2Dアレイを生成することができる。そのような波面測定の2Dアレイは、視力矯正医に、中央の光散乱位置だけからもたらされる伝統的な眼の収差の波面の測定に加えて、さらなる価値ある情報をもたらす。これは、中央の視力に加えて周辺の視力も最適化できるという意味で、収差の矯正の処方をさらに最適にする。
【００６３】
図5において、能動デフォーカスオフセットは、波面センサ528の前方の光路に配置されたレンズまたはレンズ群505の有効焦点距離または球面屈折力を変化させることによって達成される。有効焦点距離の変化を、網膜から戻る実際の波面を平面波へと変化させるために必要な矯正を（例えば）ジオプトリーにて示すように較正することができる。このジオプトリーでの矯正が、患者の視力を矯正するための屈折の処方である。球面および乱視についてこの処方を得るための手順が、下記で詳しく説明される。
【００６４】
本態様と、米国特許第7445335号および米国特許出願公開第20080278683号に開示の態様との間の相違が、動的デフォーカスオフセット要素505が光路に配置されている点にあることに、注意すべきである。これまでの態様は、そのような要素が使用される場合の補償またはデフォーカス解消機能に触れているにすぎない。本態様においては、補償または解消機能に加えて、デフォーカスオフセット要素505が、波面を或る程度球面的に発散性または収束性にするために、正または負の方向の球面屈折誤差成分の能動的なオフセットまたは部分的な打ち消しも提供し、能動的なオフセットは、波面の測定のリアルタイムでの表示および/またはフィードバックに従って、屈折の執刀医の所望のままに制御され、あるいは組み込みのアルゴリズムによって制御される。
【００６５】
態様の一局面は、比較的大きい球面屈折誤差があれば部分的に補償することで、残りの球面および円柱屈折誤差ならびに他の高次の収差がすべて波面センサの測定ダイナミックレンジの範囲内となるように、デフォーカスオフセット装置を使用することである。したがって、可変の焦点距離のレンズが、組み合わせられた波面検出システムの測定ダイナミックレンジを実質的に増大させることも可能にする光学的要素として機能する。態様の別の局面は、調節範囲の全体に及ぶ眼の調節の変化を伴い、あるいは伴わずに、波面の測定範囲においてデフォーカスオフセットを走査することで、眼の屈折誤差のより良好かつより正確な測定を得ることができるである。
【００６６】
図5に示したデフォーカスオフセット装置が、戻りビームの光軸に沿った焦点範囲のシフトを可能にするように構成された一式のレンズを備えることができることに、注意すべきである。これらのレンズの位置および軸方向の間隔が、透過ビームの球面屈折誤差成分を能動的に除去または調節できるオフセットをもたらす。この能動的なフォーカスが、乱視の状態を表わす楕円形のビームパターンの発生などの他の収差特性を強調するよう、ビームフォーカス特性の「フィット」またはマッチングを可能にするために、ビームの発散性または収束性を変化させる。この「フィッティング処理」は、補償の焦点変化の量の正確な知識によって、そのようなビームの球面力を変化させる。オフセット用能動レンズによって導入される一次の線形な焦点シフトは、他の固有の収差の特性を変化させることがなく、存在する内在の高次収差を強調するという基本的な目的を果たす。存在する高次収差の検出の感度が、収差の球面屈折誤差成分が「マッチ」または「フィット」され、大きな球面波面傾斜値によってマスクされる可能性があるより小さな傾斜値によって与えられる波面の変化のより良好な認識および検出を可能にするため、より正確なフィッティング位置によって高められる。
【００６７】
これを、大きな基本の球形と、正の局所的な傾斜の変化である山岳地帯および負の傾斜の変化である谷による局所的な地形変化によって引き起こされる無数の小さな傾斜の変化とを有している地球の外観を考えることによって、視覚化することができる。仮に地球の大きな線形球面成分を平たくしたならば、残りのより小さな傾斜の変化ならびに地球の非回転楕円形の全体的な楕円形状のより良好な定義が、ますます明らかになると考えられる。この能動デフォーカスオフセットは、収集された戻りビームの線形球面成分についてのみ機能する。
【００６８】
相対的な軸方向の移動を伴う正および負のレンズの組み合わせが、図5のデフォーカスオフセット要素として使用されているが、液体または固体フォーカス可変レンズ、ボイスコイルまたはモータ駆動の可動レンズ、液晶レンズ、音響光学レンズ、変形可能なミラーおよびダイアフラムなど、他のフォーカス可変の光学要素も使用可能である。デフォーカスオフセット要素の位置は、波面センサの直前である必要はなく、波面のデフォーカスオフセットという機能を果たす限りにおいて、光路に沿った任意の位置であってよい。実際、コンパクトな設計のためには、デフォーカスオフセット要素を他の光学要素と一緒に波面センサ528の内部に設計することができる。例えば、シーケンシャル波面センサ528の前側のフォーカスレンズ504と組み合わせることが可能である。そのようなリアルタイムシーケンシャル波面センサを、小さなフォームファクタにて製作することができ、したがって眼の屈折の手術用の顕微鏡などの多数の光撮像または測定システムへと一体化させることができる。また、図5にはシーケンシャル波面センサ528が示されているが、Hartmann-Shack、Talbot-Moire、Tscherning、レイトレーシング、位相ダイバーシティ、および干渉法による波面センサなど、他の種類の波面センサも、波面の測定をもたらす限りにおいて使用可能であることに、注意すべきである。
【００６９】
電子制御および検出システム532が、デフォーカスオフセット装置505、近赤外撮像カメラ584のフォーカスレンズ582、内固定/視力プロジェクタ542の調節変更要素546、などといったすべての能動要素の作動を協調させる。
【００７０】
図6が、電子制御および検出システム532の例示的な態様の詳細なブロック図である。プリント基板（PCB）600が、プログラムコードおよびデータを保存するためのメモリ602と、プログラムコードの実行およびデータの処理のための処理ユニット604とを有するマイクロコントローラ601を備えている。マイクロコントローラは、種々の制御モジュール606〜618へと接続されたI/Oインターフェイス（矢印によって示されている）605を有している。制御モジュールは、標準的な技術を使用して図5に示した決定性の動的波面検出システムの種々の構成要素とやり取りをする。
【００７１】
さらにPCB 600は、ホストコンピュータおよび表示モジュール592とのやり取りのためのホスト側インターフェイス620と、足踏みペダル624などのユーザインターフェイス装置とのやり取りのためのユーザインターフェイス622とを備えている。足踏みペダルを、デフォーカス機構の位置を制御することによる「ズームイン」または「ズームアウト」を執刀医にとって可能にするように構成することができる。
【００７２】
メモリ602が、図5に示した決定性の動的波面検出システムを制御するために後述のアルゴリズムを実行すべく実行されるプログラムを保存するように構成されている。図6に示される種々のモジュールを、個別の部品として実現することができ、あるいはASICまたは他のプログラマブルなデバイスへと統合してもよい。
【００７３】
マイクロコントローラ601が、走査ミラー514を駆動するために走査ミラードライバへと接続された走査ミラーコントローラ606へと制御信号を送信することができ、光源534をオン/オフするために光源コントローラ608へと制御信号を送信することができる。さらに、マイクロコントローラは、図5に示されるとおりの象限検出器522からの信号を、フロントエンド増幅器およびA/Dコンバータ610を介して受信することができる。加えて、マイクロコントローラは、フォーカスレンズコントローラ612を介してNIRカメラフォーカスレンズ582を制御することもできる。マイクロコントローラの1つの重要な機能は、デフォーカスオフセットコントローラ614を通じてデフォーカスオフセット装置505のデフォーカスをオフセットすることである。マイクロコントローラが提供することができるさらなる追加の機能として、内固定コントローラ616を通じて調節変更要素546を制御することによって患者の眼の調節を変更すること、ならびに可変開口コントローラ618を通じて可変開口装置518のサブ波面サンプリング開口サイズを変更することが挙げられる。電子制御および検出サブシステムの機能を、専用のマイクロプロセッサまたはコンピュータあるいは他の電子処理手段によってもたらすことができ、したがって図5に示した電子制御および検出システム532は、あくまでも随意による構成要素と考えられるべきであり、機器にとって絶対的に必要な事項と考えるべきではない。
【００７４】
図5に示した表示モジュール592が、屈折の執刀医が所望のデフォーカスオフセットの選択および視力矯正の結果の最適化においてガイドを得るべく視力矯正処置の最中に直接眺めることができるがゆえに含まれる。しかしながら、図5の表示モジュール592をリアルタイムのフィードバック手段として広く理解すべきであることに、注意すべきである。実際、外科用顕微鏡のもとでの視力矯正の外科処置に関して、リアルタイムの波面測定の表示を実現するための手法は、波面測定結果を外科用顕微鏡によって形成される患者の眼の像に重ねて、屈折の執刀医へと直接提示することができるように、外科用顕微鏡の内部にマイクロディスプレイを組み込むことである。そのようにすることで、執刀医が外科用顕微鏡の双眼から頭部を離す必要がない。
【００７５】
図7が、半透明のマイクロディスプレイ720が撮像経路の対物共役面に組み込まれている外科用顕微鏡710の図を示している。このマイクロディスプレイは、図5の決定性の動的波面検出システムの出力を、執刀医が顕微鏡の接眼レンズから目を離す必要なくもたらされる情報に応答できるように表示するために使用される。マイクロディスプレイが半透明でない場合、ビーム指向要素を、マイクロディスプレイの像を医師の眼の網膜へと投影できるように撮像経路に配置できることに、注意すべきである。ディスプレイは、外科用顕微鏡に直接取り付けられる小型のLCDモニタであってもよい。
【００７６】
他方で、外科用顕微鏡による視界が、外科用顕微鏡から離れた大型スクリーンにすでに示されており、医師が大型スクリーンに表示された顕微鏡の視界に従って患者の手術を行なう場合には、リアルタイムの波面測定結果を、好ましくは同じ大型スクリーン上に、重ね合わせの像として表示し、あるいは異なる表示窓において別個に示すべきである。
【００７７】
デフォーカスオフセットを伴うリアルタイムの波面測定によってもたらされる情報は、他のデータフォーマットであってもよい。一例は、デフォーカスを自動的にオフセットまたは走査すると同時に、屈折の執刀医に特定のやり方で視力矯正処置を続けるべきであることを知らせる組み込みのアルゴリズムを使用することである。
【００７８】
図8が、残りの収差を強調することができる最良のデフォーカスオフセット位置を決定するためにデフォーカスが走査されるそのような組み込みのアルゴリズムの典型的なフローチャートを示している。次いで、デフォーカスオフセットの設定値または位置が選択され、屈折の執刀医に対して、どのように視力矯正処置を続けるべきかが指示される。
【００７９】
処理ブロック800において、波面プロセッサリアルタイムフィードバックアルゴリズムが開始される。例えば、ユーザが、ホストの表示装置に表示されたアルゴリズムのメニューからリアルタイムフィードバックアルゴリズムを選択することができる。
【００８０】
処理ブロック802において、デフォーカスオフセットが次の位置へと動かされ、処理ブロック804において、像スポット位置検出器の象限からの応答が測定される。
【００８１】
処理ブロック806において、位置検出器の各々の象限からの応答にもとづき、デカルト座標が計算される。次いで、例えば、波面の傾き、重心の位置、長軸および短軸、サンプリングされた波面の球面、円柱、コマ、およびトレフォイル収差の大きさが割り出される。また、重心の足跡が表示される。計算を、同じデフォーカスオフセット位置について、例えば平均によって所望の信号対雑音比に達するまで複数回行なうことができ、換言すると、所望の信号対雑音比が得られるまで、同じ環状リングを複数回サンプリングし、平均を行なうことができる。また、波面全体をカバーするために、いくつかの同心環状リングをサンプリングすることができる。さらに、単一の環状リングを巡ってサンプリングされるサブ波面の所望の数を、光源を走査ミラーの走査に同期して複数回パルスモードで発光させることによって変更することもできる。
【００８２】
処理ブロック810において、必要な数のデフォーカスオフセットデータ点が集められたか否かが判断される。必要または所望の数のデータ点に達していない場合、処理は処理ブロック802に戻り、デフォーカスが次の位置へとオフセットされる。必要または所望の数のデータ点に達したか否かを判断するために、リアルタイムの波面測定結果を基準として使用することができる。波面の測定が、サンプリングされたサブ波面の傾きが依然として波面センサのダイナミックレンジの範囲内にあることを示している場合、デフォーカスオフセットを続けることができる。他方で、波面センサの測定結果が、1つまたは複数の測定されたサブ波面の局所的な傾きがすでにダイナミックレンジまたはその外側にあることを示している場合、これはデフォーカスオフセットの一端に達したことを示している。同じ基準を、2つの極値の内側のすべてのデータ点が集められるまで、デフォーカスオフセットの他端を判断するために使用することができる。
【００８３】
必要または所望のデータ点の数に達したか否かについての問いに対する回答がイエスである場合、処理は処理ブロック812に進み、処理ブロック812において、オフセットの走査によって得られた楕円から、残りの収差を強調できる最良のオフセット値が割り出される。この工程は、図13に関して詳しく後述される。デフォーカス機構が、「最良オフセット」値のうちの1つへとオフセットされ、得られた重心データ点が、ディスプレイに表示される。視力矯正処置を最も良好に続けるやり方についての情報が、屈折の執刀医へと提供される。
【００８４】
例えば、IOLを適切な整列のためにどの方向に動かすべきかや、トーリックレンズを乱視の矯正のためにどの方向に回転すべきかなどの情報を、ディスプレイ上にグラフィック情報または文章として提示することができる。
【００８５】
この指示は、視覚表示の形式でなくてもよい。なぜならば、音声による指示等の他の形態のフィードバックも、同じ機能を果たすことができるからである。他の例示的な態様においては、視覚ディスプレイモジュールを、電子制御および検出システム532に組み込むことができる全体的なフィードバック機構で置き換えることができる。また、視覚ディスプレイおよび聴覚による指示の両方を組み合わせて、視力矯正処置を完了するにあたり執刀医をガイドすることも可能である。
【００８６】
波面センサリアルタイムフィードバックアルゴリズムを、オンボードメモリに保持されたファームウェアを実行するマイクロコントローラによって自動的に実行することができる。あるいは、プログラムコードをホストに保存し、種々の制御モジュールの制御に使用することもでき、あるいはホスト制御とファームウェアとの何らかの組み合わせを利用することができる。
【００８７】
視力矯正処置において、目標は、患者の視力を正視の状態の地点まで改善させることである。これを実現するために、球面、円柱、トレフォイル、およびコマなどの低次および高次の光学収差を、矯正する必要がある。伝統的な矯正は、光学的な屈折誤差ならびに必要な矯正または打ち消しの量を示す数字（典型的には、単位はジオプトリー）を得るための静的な測定を通じて行なわれる。矯正が適用され、処置または矯正の有効性を判断するために、さらなる静的な測定が行なわれる。
【００８８】
本開示のリアルタイム波面測定機器の出現により、光学収差のジオプトリー値をリアルタイムで表示できるだけでなく、誤差の種類、誤差の大きさ、および誤差の変化を示すために、聴覚信号もリアルタイムで提示することができる。例として、聴覚フィードバックを音高、音色、および音量で構成することができ、個別またはまとめて変化させることができる。聴覚フィードバックを、矯正の適用によって誤差が改善されるときに高から低へと変化させることができ、オフセットの適用によって誤差が悪化または不都合に変化する場合には、聴覚フィードバックを低から高へと変化させることができる。例えばユーザの耳が不自由である場合には、音声の上げ下げを逆にすることができる。
【００８９】
円柱誤差の矯正のための聴覚フィードバックの態様を、誤差が円柱であることを特定する特定の音高と、誤差の大きさを示す音色とで構成することができる。矯正が適用されるとき、この例ではトーリックIOLが回転させられ、矯正が正視の状態（固有の円柱誤差がIOLによって打ち消される）に向かって収束しているか、発散しているかに応じて音高が上下する（周波数が高くされ、あるいは低くされる）。ひとたび所望の矯正が達成されると、確認のために異なる音高およびまたは音色が送信され、あるいはユーザが上昇音から下降音への移行の地点を聴き取ることができる。
【００９０】
この聴覚フィードバックを、手術または矯正眼鏡などのいずれであっても、すべての矯正処置に適用することができる。この聴覚フィードバックの提供によれば、臨床医が頭を上げたり、あるいは矯正処置または手術から眼を離したりする必要がなくなり、したがってミスの可能性が最小限になる。このリアルタイムの聴覚フィードバックを、波面の誤差の検出、測定、および/または矯正における波面のあらゆる応用に適用することができる。
【００９１】
人間の眼の波面の特徴を捕らえるための伝統的な波面センサは、一般に、室内照明を弱め、あるいはオフにした状態で、患者の眼の波面の1枚または複数枚のスナップショットを得るように設計されている。そのような波面センサは、とくには照明光および/または室内光がオンにされた状態で眼科の外科用顕微鏡に一体化される場合に、リアルタイムフィードバックのための連続的なリアルタイムの波面測定結果をもたらすことができない。視力矯正処置に関して、視力矯正医/執刀医は、波面測定結果のリアルタイムでの表示、したがって実行中の視力矯正処置のフィードバックを、好都合に使用することができる。加えて、大部分の執刀医は、リアルタイムで表示されるリアルタイムの波面データを、この波面に係る眼のリアルタイムのビデオ表示/ムービーに同期および重ねることを、好都合に使用することもでき、重ねられる波面データは、定性的または定量的あるいは定量的/定性的の組み合わせのやり方で示される。
【００９２】
さらに、視力矯正処置をより効果的に実行するために、執刀医は、リアルタイムの波面データをビデオと一緒に見て取ることを必要とするだけでなく、例えば処置の工程を再点検し、矯正の進め方を判断し、特定の時点を基準として維持するために一時停止させるために、最近の部分の巻き戻し/再生も必要とする。これまでのところ、これらの問題については適切な対処がなされていない。
【００９３】
以下で、リアルタイムでの波面の測定および表示ならびにリアルタイムでの眼のビデオ表示/ムービーに同期した波面データのリアルタイムでの表示/記録/再生を実現するための機器/システムおよび方法を説明する。
【００９４】
1つまたは複数の例示的な態様によれば、視力矯正処置へとフィードバックをもたらすための機器/システムおよび方法が開示される。機器は、リアルタイム波面センサ、リアルタイムビデオカメラ、およびデジタルビデオレコーダを有するコンピュータ、ならびにコンピュータに接続された表示装置を特徴とする。方法は、リアルタイム波面センサによって眼からの波面データを収集する工程と、ビデオカメラで眼のビデオムービーを取得/記録する工程と、測定された眼からの波面データをコンピュータで処理し、波面の情報を記録された眼のビデオムービーに重ね合わせるために、リアルタイムで最も所望の情報を抽出する工程と、波面の情報および眼のビデオの両方をコンピュータに接続された1つまたは複数のモニタに表示する工程とを特徴とする。
【００９５】
例示的な態様の1つの特徴は、波面センサおよび眼用ビデオカメラによって同時に、しかしながら個別に集められるリアルタイムの波面情報およびリアルタイムの眼のビデオ情報が、ストリームの様相で同期して取得および/または記録される点にある。例示的な態様の別の特徴は、集められた情報が、同じモニタ上でのリアルタイム表示または再生のために、リアルタイムで処理され、所望のフォーマットに変換される点にある。例示的な態様のさらに別の特徴は、モニタ上に表示されるべき情報を、エンドユーザがユーザの好みに従って決定できる点にある。
【００９６】
図9Aが、リアルタイム波面センサ90102と、リアルタイムビデオカメラ90104と、波面センサ90102およびビデオカメラ90104に接続されたコンピュータ90106と、コンピュータ90106に接続された表示装置/モニタ90108と、ビームスプリッタ90110とを備える機器/システムの例示的な態様の概略図を示している。
【００９７】
図9Bが、典型的な方法の態様を、実行される工程によって示している。リアルタイム波面センサおよびリアルタイムビデオカメラが、それぞれのデータを同時に取得し、データをコンピュータへともたらす。ビームスプリッタが、眼からの光の一部分をビデオカメラへと指向させ、眼からの光の別の部分を波面センサへと指向させるために使用される。ビームスプリッタおよびビデオカメラを、波面センサモジュールの内部に組み込むことができる。コンピュータがデータをリアルタイムで処理し、データを表示のための所望の形式に変換する。
【００９８】
例示的な態様においては、ソフトウェアがビデオカメラおよび波面センサの両方のハードウェアからデータの連続的なストリームを受け取るように、ビデオカメラおよび波面センサがコンピュータに接続され、例えばMicrosoft Visual Studio ProfessionalおよびMicrosoft Windows用のメディアストリーミングアーキテクチャであるMicrosoft DirectShowアプリケーションプログラミングインターフェイス（API）など、標準的な出来合いのソフトウェアコンパイラ、UIビルダ、サービス、およびドライバを使用してやり取りを行なう。
【００９９】
波面の測定を、リアルタイムでフレームごとのやり方で情景の属性（例えば、色、明るさ、動き、など）を取得するビデオカメラと同様に、フレームごとのやり方で取得することができ、眼のビデオムービーに同期させることができる。
【０１００】
波面データストリームが、リアルタイムの波面測定値を表わし、カメラデータストリームが、リアルタイムのカメラフレーム（すなわち、「ムービー」）を表わす。リアルタイム波面測定値は、リアルタイムカメラフレームに対して非同期の様相で受信される。ソフトウェアが、波面ストリームを、カメラフレームに同期および混合され、執刀医の行なうリアルタイムの行為に同期したコンピュータの表示装置上の複合「ムービー」として表示されるコンピュータグラフィックスへと変換する。
【０１０１】
例示的な態様においては、波面センサ測定値が、視力矯正医によって良好に理解される球面および円柱屈折誤差の典型的な表現である円または楕円の形状のコンピュータグラフィックスへと変換される。これらのコンピュータグラフィックスが、図9Cに示されるように生物学的な眼の像へと重ねられる。この複合「ムービー」が、執刀医がこのムービーを手術の最中および/または後に自由に見直す（すなわち、再生する）ことができるようにバッファされる。
【０１０２】
コンピュータは、波面測定結果と生物学的な眼のビデオムービーとを同時に表示することができるモニタに接続されている。モニタは、（ラップトップの場合など）コンピュータの一部であってよく、あるいは別途のモニタまたは互いに接続された複数のモニタであってよい。
【０１０３】
波面属性が、生物学的な眼の光学系に存在する光学誤差を示すことができ、したがって医師が、眼の手術または検査の際にリアルタイムでこの誤差を矯正することができる。本開示のリアルタイムの性質が存在しない場合、医師はこれらの属性のスナップショット（単一の静止フレーム）を得ることしかできず、結果として各々の矯正の調節が著しく遅くなり、監視対象の変数がスナップショット間で無視できないほどに変化する可能性（例えば、患者の眼の運動、涙の蓄積、など）がある。
【０１０４】
このリアルタイムの表示の利益に加えて、この例示的な態様は、デジタルビデオレコーダ（DVR）の能力をもたらし、パラメータを手術または検査の最中および/または後にムービーとして見直す（再生する）ことができる。このDVRの能力は、手術の最中または後の矯正ならびに手術の技術の改善または医学生の教育のための訓練の目的で、属性値を時間について調べることを可能にする。
【０１０５】
ビデオカメラが、モノクロ/白黒カメラまたはカラーカメラであってよいことに、注意すべきである。ビデオカメラのスペクトル応答は、可視ならびに近赤外の範囲をカバーすることができる。カメラは、執刀医または医師が表示されるビデオ画像のデジタル倍率を選択できるよう、ズームインおよびズームアウトの機能を有することができる。表示される眼の画像を、執刀医の視野に合わせて反転または回転させることもできる。例示的な態様においては、IDS社の製造するUI-2230SE-Mという型番のUSBカメラが、図9Cに示した像を形成するために使用されている。
【０１０６】
表示装置は、組み込みのヘッドアップディスプレイまたは外科用顕微鏡の視覚の経路に位置するマイクロディスプレイであってよい。波面の結果および眼のビデオムービーを、必要に応じて再生することができ、すなわち手術の最中に一時停止させ、後に再生することができる。眼のビデオムービーを、眼内レンズ（IOL）の整列に関して人工の任意の特定の位置合わせマークまたは自然の目印を特定する能力をもたらすために使用することができ、リアルタイムの波面センサの測定結果を、光学的な整列または視覚的な整列を物理的な整列に対して比較するために使用することができる。さらに、ビデオおよび/または波面データを、眼への整列、眼の動き、まぶたの閉鎖、または灌流の事象が推奨されるか否か、あるいは種々の他の指標など、医師を補助すべく処置の最中の重要な事象を判断するために使用することができる。
【０１０７】
光の波面がリアルタイムで走査/サンプリングされ、デジタル化される。これらのデジタルサンプルが分析され、波面収差/ひずみなどの指標が得られる。これらの指標が、典型的には種々の次数の波面収差について波面マップにて表現され、さらには/あるいはジオプトリー誤差の単位に表現される光学屈折誤差を計算するために使用される。指標が、一部にはDVRの能力を支持するために、表示および/または永続的な記憶装置のファイルにリアルタイムで保存される。指標は、記録された眼（関心の対象）のビデオムービーに同期される。DVR制御（例えば、走査、再生、巻き戻し、など）とのユーザの相互作用によって、過去の指標を調べることができ、現在/将来の眼の矯正処置のためのフィードバックとして使用することができる。
【０１０８】
図9Cが、生物学的な眼のビデオフレームに重ねられた波面センサから得られたコンピュータグラフィックスを示すスクリーンショットである。図9Cにおいて、波面ストリームから変換された楕円90302のコンピュータグラフィックスが、ビデオカメラから出力された生物学的な眼の像に重ねられている。「Optimizing Vision Correction Procedures」という名称の米国特許出願第12/609,219号に記載のとおり、波面センサが、視力矯正医または屈折の執刀医が視力矯正処置を微調整し、リアルタイムで残りの波面収差を最小化できるよう、波面収差成分の支配的な特徴を明瞭に示すために、サンプリングされたサブ波面の局所的な傾きを測定する。
【０１０９】
リアルタイム波面測定結果のサンプリングおよび表示に関して、環状リングを巡るサンプリングが、サンプリングされたサブ波面の局所的な傾きを、円または楕円あるいは直線にフィットさせることができ、したがって2つの主たる屈折誤差、すなわち球面および円柱屈折誤差、ならびに円柱/乱視の軸を直接表わし、あるいはコマまたは他の高次の非対称な形態の重心にフィットさせることができる2D重心データ点パターンの形態で、モニタ上に表示することを可能にする。結果として、屈折の執刀医が、波面測定結果を容易に理解して、相応に視力矯正を微調整することができる。
【０１１０】
図9Cに戻ると、バー90304が、眼が整列しており、波面データが「合格（qualified）」である旨の信頼インジケータを示している。波面センサとの適切な整列についての指標が満たされない場合、緑色のバーが消える。波面センサが整列から外れている場合、測定は正確でなく、波面データは「合格」ではないとされる。
【０１１１】
手90306が、より良好な整列のために患者/顕微鏡をどの方向に動かすべきかを医師に知らせる方向の「ガイド」である。
【０１１２】
図9Cの下部の数字は、処方のやり方の定量化された屈折および正の円柱を表わしている。医師は、屈折対Rxおよび正の円柱対負の円柱への変更を選ぶこともできる。ビデオの縁に位置する標識は、顕微鏡/医師に対する患者の向きを表わしており、回転/変更が可能である。
【０１１３】
表示を、医師が、レンズの処方および/または眼の屈折誤差および/または正視などの終点インジケータに関して、さらにカスタマイズすることができる。さらに、コンピュータが、波面センサのデータを処理し、涙液膜の範囲またはドライアイの状態などといった眼の状態についての追加の情報をもたらし、執刀医に眼への灌流を促すこともできる。表示は、眼の波面の2D地形マップなど、コンピュータによって波面および眼のビデオデータから抽出することができる他の情報ももたらすことができる。
【０１１４】
さらに、医師が表示を、表示、カメラ、またはソフトウェアによってビデオを、好みの向きに向けるように設定/設定変更することができる。また、医師は、定性的および/または定量的データの提示のやり方を選択することもできる。これらは、屈折または処方としてのジオプトリー値を含むことができ、定性的な表示を、球面および/または円柱を表わすために楕円および/または円を示すように選択することができ、楕円に交わる線が、乱視の軸を表わすことができ、あるいは医師が屈折データを2D地形マップとして提示/表示させることを選ぶことができる。
【０１１５】
図9Cに示した表示は、眼科の処置を実行する執刀医に多数の利点をもたらす。そのいくつかは、眼が波面センサに充分に良好に整列したか否かを執刀医に知らせる（画面上に描かれたガイド円90304の助けによって医師が患者の眼を描かれた円と同心に位置させることができるようにする）こと、波面の結果が「合格」であるかどうかを執刀医に知らせる信頼インジケータを提供すること、光路へと入って所望の波面結果と干渉する外科用ツールの影響を執刀医に知らせること、眼への水の注入の効果を執刀医に知らせること、乱視を矯正するために埋め込まれたトーリック眼内レンズ（IOL）の回転において執刀医をガイドすること、矯正が行なわれるときに球面および円筒のジオプトリーに関して波面測定結果を定性的および定量的の両方にて直接示すこと、波面測定結果に影響を及ぼす可能性がある気泡または破損した眼レンズ材料の残骸が依然として眼の下方のたるみの内側に存在していないかどうかを執刀医に知らせること、などである。
【０１１６】
視力矯正処置に加えて、例示的な態様は、レンズの製作、乱気流の監視、および波面の矯正、ならびに他の適応光学装置およびシステムにも適用可能である。さらには、これらの態様を、OCT、フェムト秒レーザ、LASIK、またはドップラ/レーダ/共振などの他の装置、あるいは人間の眼では見ることができないが、「測定される」物理的な事項/人間へと相関付けることができる情報を生成する他の装置に適用することができる。
【０１１７】
環状リングを巡って波面をサンプリングし、2Dデータ点パターン（各々のデータ点の位置がサンプリングされたサブ波面の重心位置に関する局所的な傾きを表わしている）を表示することによって、重心位置2Dデータ点パターンが、波面が平面であるか否か、デフォーカスがどの程度か、デフォーカスが収束性または発散性のどちらであるか、乱視の量はどれくらいか、および乱視の軸はどこにあるかを、リアルタイムで直接的に示すことができことが、米国特許第7445335号において述べられている。
【０１１８】
これらの点を説明するために、米国特許第7445335号における検討の内容を簡単に繰り返す。図9に示されるように、シーケンシャル波面センサ928が波面のサンプリングに使用され、4つの感光領域A、B、C、およびDを有する象限検出器922が、サンプリングされたサブ波面像スポット位置の重心位置に関する局所的な傾きを示すために使用されると仮定する。サブ波面が、象限検出器922の前方のサブ波面フォーカスレンズ920に対して正常な角度で入射する場合、象限検出器922上の像スポット934は中心に位置し、4つの感光領域が同じ量の光を受け取り、各々の領域が同じ強さの信号を生成する。他方で、サブ波面が或る傾斜角度をもって正常な入射から逸脱する（例えば、右上方向を向く）場合、象限検出器における像スポットが、中心から外れて形成される（像スポット936によって示されているように右上の象限に向かって移動する）。
【０１１９】
中心（x＝0、y＝0）からの重心のずれ（x、y）を、以下の式
0005721291.tif 000003
を使用して一次近似することができ、ここでA、B、C、およびDは、象限検出器の該当する各々の感光領域の信号強度を表わし、分母（A＋B＋C＋D）は、光源強度の変動の影響を打ち消すことができるように測定を正規化するために使用される。式（1）が、重心位置に関する局所的な傾きの計算において完璧には正確でないが、良好な近似であることに注意すべきである。実際に、式によって引き起こされる可能性がある像スポット位置の誤差を何らかの数学および組み込みのアルゴリズムを使用してさらに補正する必要があるかもしれない。
【０１２０】
光ビームの環状リングを巡って或る数（例えば、4、8、または16）の対称なサブ波面が順次にサンプリングされ、したがってサブ波面フォーカスレンズ920および象限検出器922へと投射（例えば、時計周りの方向に）されるとき、式（1）の（x、y）によって示されるとおりの象限検出器の中心からの重心のずれが、これをモニタに表示することが可能であり、デフォーカスおよび乱視ならびに非対称の状態を表わすようにデジタル的に処理することもできるパターンをx-y座標上に描く。
【０１２１】
図10が、平面状の波面、デフォーカス、および乱視といういくつかの代表的な事例と、関連のサブ波面フォーカスレンズの後方の象限検出器における像スポット位置、ならびにモニタ上に2Dデータ点パターンとして表示されたときの対応する重心位置の順次移動を示している。異なるサブ波面として同じサブ波面フォーカスレンズおよび象限検出器へとサンプリングおよび投射されるいくつかのシフトされた波面を描く代わりに、波面の異なる部位をただ1つのサブ波面フォーカスレンズおよびただ1つの象限検出器へと走査するという事例を表わすために、いくつかのサブ波面が同じ環状リングを巡って描かれ、したがっていくつかの象限検出器が同じ環状のリングを巡って描かれるような同等の表現が採用されていることに、注意すべきである。
【０１２２】
矢印1009によって示されるように、波面の環状リングを巡る走査を、一番上のサブ波面から開始し、右方にある第2のサブ波面へと時計回りの方向に移動し、以下同様であると仮定する。図10から、波面が平面波1001である場合、すべてのサブ波面（例えば、1002）が象限検出器1004の中心に像スポット1003を形成し、結果としてモニタ1006上の重心の軌跡1005も常にx-y座標の原点にあることを、見て取ることができる。
【０１２３】
入力波面が1011によって示されるように発散性である場合、各々のサブ波面1012の像スポット1013の中心は、象限検出器1014の中心からの同量のずれにて、波面の中心から径方向外側に位置し、結果としてモニタ1016上の軌跡1015が、矢印1018によって示されるように一番上の位置1017から出発する時計回りの円になる。他方で、入力波面が1021によって示されるように収束性である場合、各々のサブ波面1022の像スポット1023の中心は、象限検出器1024の中心からの同量のずれにて、波面の中心に対して径方向内側に位置する。結果としてモニタ1026上の重心の軌跡1025が、矢印1028によって示されるように依然として円であり、時計回りであるが、一番下の位置1027から出発する。したがって、x軸の重心位置およびy軸の重心位置の両方について符号の変化が検出されるとき、それは入力波面が発散性ビームから収束性ビームへと変化していること、またはその反対であることを知らせている。さらに、重心の軌跡の始点も、入力波面が発散性であるか、あるいは収束性であるかを示すための基準として使用することが可能である。
【０１２４】
さらに図10から、入力波面が乱視である場合、波面が鉛直方向において1031aによって示されるように発散性となり、水平方向において1031bによって示されるように収束性となりうることも、見て取ることができる。結果として、鉛直方向のサブ波面1033aの重心位置が、入力波面の中心に対して径方向外側に位置し、水平方向のサブ波面1033bの重心位置が、入力波面の中心に対して径方向内側に位置する。結果として、モニタ1036上の重心の軌跡1035は、一番上の位置1037から出発するが、矢印1038によって示されるように反時計方向に移動し、したがって重心の軌跡の回転が今や逆である。
【０１２５】
同様の論拠を用い、入力波面が乱視であるが、すべてのサブ波面が完全に発散性または完全に収束性である場合には、重心の軌跡の回転が時計方向になる（すなわち、逆にならない）が、この乱視の場合において、モニタ上の重心の軌跡が、一方の乱視軸に沿ったサブ波面が他方の軸に沿ったサブ波面よりも強い発散性または収束性になるがゆえに円よりもむしろ楕円になることを、理解することは難しくない。
【０１２６】
より一般的な乱視の波面については、重心の軌跡が楕円または円であって、逆方向に回転するか、あるいは重心の軌跡が楕円であって、通常の時計回りの回転方向に回転する。楕円の軸は、中心に対して任意の径方向であってよく、これが乱視の軸を示す。そのような場合には、環状リングを巡る4つのサブ波面は、乱視の軸を正確に割り出すためには充分でない可能性があり、より多数（例えば、4の代わりに8、16、または32）のサブ波面を環状リングを巡ってサンプリングすることができる。
【０１２７】
概要の箇所で述べたとおり、態様の1つの新規な特徴は、波面のサンプリングおよび波面測定結果の表示のやり方である。米国特許第7445335号に、患者の眼からの波面について環状リングを巡っていくつかの波面をサンプリングすることによって、眼の球面および円柱屈折誤差（あるいは、デフォーカスおよび乱視）を明らかにすることができる旨が述べられているが、デフォーカスを能動的にオフセットすることの2Dデータ点パターンへの影響については、詳しい説明が存在しない。眼が比較的大きい球面屈折誤差と比較的小さい乱視とを有する場合、2D重心データ点パターンは、楕円性をほとんど見て取ることができないほとんど円のような見た目になり、したがって乱視の軸および乱視の量を検出することが難しくなる。他方で、元の波面のデフォーカスが適切なオフセットを有する場合には、残りの乱視を2Dデータ点パターンにおいて明瞭に示すことが可能になり、乱視の誤差の軸および量を明瞭に示すことができる。
【０１２８】
図11が、正視の眼または球面屈折誤差だけを有する眼の場合について、種々のデフォーカスオフセットを有する波面の経線断面、および対応する2Dデータ点パターンの変化を示している。図11において、波面の図1112〜1116からなる一番上の行は、個々のデフォーカスオフセットにおける波面の曲率、ならびにサブ波面の像スポットがレンズによってフォーカスされる検出器の部位を示している。図面の真ん中の行は、波面の環状部分のサブ波面のフォーカス像スポットを検出するように配向された検出器のリング、ならびに検出器の中心（x＝0、y＝0）からの波面の重心のずれを示している。一番下の行は、（x＝0、y＝0）に対応する原点に対して表示された各々の検出器の象限における各々の重心のずれを示している。表示装置に表示されたデータ点の文字ラベルは、検出器のリングにおける検出器のラベルに対応している。
【０１２９】
図11において、1つのデフォーカスオフセットについての波面の図、検出器の図、および表示の図が、縦に並べられている。例えば、デフォーカスオフセット1112について、検出器および像スポットが1132に示されており、表示が1122に示されている。
【０１３０】
デフォーカスオフセットが調節（左方から右方へと）されるにつれて、得られる波面が、球面で強い発散性の波面1112から、球面で弱い発散性の波面1113へと変化し、平面状の波面1114へと変化し、球面で弱い収束性の波面1115へと変化し、球面で強い収束性の波面1116へと変化することを、見て取ることができる。これに対応して、象限検出器における像スポット位置も、図11に示されるように径方向のより外側1132から径方向の少し外側1133へと変化し、中心1134に達し、径方向の少し内側1135へと変化し、径方向のさらに内側1136へと変化する。したがって、2Dデータ点パターンも、データ点「a」を第1象限に有する大きな円1122から、データ点「a」を依然として第1象限に有するより小さい円1123へと変化し、中心に集まったデータ点1124へと変化し、データ点「a」を今や第3象限に有する小さい円1125へと変化し、次いでデータ点「a」をやはり第3象限に有するより大きい円1126へと変化する。
【０１３１】
環状リングを巡るサブ波面の順次サンプリングに関係する1つの特徴は、得られる波面が球面で発散性または収束性のいずれであるかにかかわらず、表示される2Dデータ点の並びが、（図11にa、b、c、dの並びによって示されるとおり）特定の回転方向に従う点にある。しかしながら、データ点の位置は、球面の波面の発散性または収束性に変化が存在する場合に、円形の重心軌跡の反対側になる。したがって、円の中心に対するデータ点の位置が、波面が発散性であるか、あるいは収束性であるかを知らせることができる。
【０１３２】
態様の一局面として、重心軌跡の直径と、環状リングの直径および/または幅と、デフォーカスオフセットとの間の関係を明らかにするために、較正波面測定を、実質的に平面状の波面について行なうことができる。次いで、眼からの波面の実際の測定を、デフォーカスオフセットを走査し、おそらくは環状リングのサイズも直径および幅に関して走査し、測定結果を較正データに関連付けることによって行なうことができる。そのようにすることで、眼の球面屈折誤差のより正確な測定を得ることができる。
【０１３３】
さらに、図11は、整列に使用することができる現象も実際に示している。2Dデータ点パターンまたは重心の軌跡円の中心が、デフォーカスオフセット要素が走査されるにつれて実際に移動していることに注意すべきである。これは、波面センサとデフォーカスオフセット要素との間の光軸の非整列によって引き起こされる可能性があり、あるいはデフォーカスオフセット要素が調節または走査されるときの眼の側方または横移動によって引き起こされる可能性がある。したがって、態様の一局面として、この現象を、デフォーカスオフセット装置を波面センサに整列させるために使用することができる。態様の別の局面として、能動デフォーカスオフセット要素を備えるリアルタイム波面センサを、本開示の機器に対する眼の整列を示すために使用することもできる。
【０１３４】
さらに、機器を、患者の眼を装置に整列させようとするエンドユーザをガイドするための2Dデータ点パターンのリアルタイム表示とともに使用することもできる。さらに、指標追跡にも使用することができる。デフォーカスオフセットを、適切な寸法を有する所望の2Dデータ点パターンを得ることができるように適切に選択することができ、組み込みのアルゴリズムを使用して2Dデータ点パターンの中心位置を抽出し、眼が機器に常に整列するように閉ループのやり方で機器を患者の眼に対して移動させるように機械式の機構を駆動することができる。整列のためのこのフィードバック位置の別の局面は、測定されたシフト後の座標の補正に関してデータを更新し、適切に整列したデータを能動的に表示するリアルタイム補正アルゴリズムの実現である。
【０１３５】
図9、10、および11において、x-y座標の原点が基準点として使用されているが、これがあくまでも1つの特別な場合にすぎないことに注意すべきである。実際、象限検出器の軸がサブ波面フォーカスレンズの光軸に整列していない場合、平面状の波面の像スポットが、4つの象限によって等しく共有されることがなくなる。この場合において、全体としての波面が平面状であるならば、すべてのサンプルサブ波面が依然として平面状であり、したがってすべての重心データ点位置が同じになる。換言すると、全体としての波面が平面状である場合、2D重心データ点は、同じ位置に集まるが、その位置は必ずしもx-y座標の原点とは限らない。したがって、波面センサに対する患者の眼またはデフォーカスオフセット装置の整列のための現実的な手法は、x-y座標上のこの基準点を特定するために基準の平面状の波面を使用し、次いで組み込みのアルゴリズムを使用して、測定された波面（患者の眼からの波面またはデフォーカスオフセット装置などの何らかの光学要素を通過した後の波面）がこの基準点に対して整列しているか否かを示すことである。
【０１３６】
図12が、デフォーカスおよび乱視の両方を有する眼の場合について、種々のデフォーカスオフセットによる鉛直および水平断面の波面、サンプリングされたサブ波面についての象限検出器上の対応する像スポット、および2Dデータ点パターンの対応する変化を示している。
【０１３７】
図12は、乱視の場合には波面の鉛直および水平断面が図4に関して上述したように異なる曲率を有するがゆえに、今や波面の鉛直および水平断面が描かれている点を除き、図11と同じようにまとめられている。
【０１３８】
上述のように、乱視のAxisは、0〜180度の間のいずれかの数字であり、この軸数が、どこで角膜の曲率の差が生じているかを示し、あるいは乱視がどのような配向または整列であるかを示している。図4および図12の両方においては、説明を分かりやすくするために、軸が鉛直線または水平線である。しかしながら、技術的に公知のとおり、軸は測定される実際の眼について他の値を有することができる。
【０１３９】
デフォーカスオフセットが図12に示されるように（左側から右側へと）調節されるとき、鉛直断面の波面1212は、最初は対応する水平断面の波面よりも強く発散性である。したがって、象限検出器における像スポットは、1242によって示されるとおり、環状リングの上部および下部（aおよびc）においてサンプリングされたサブ波面において、環状リングの左側および右側部分（dおよびb）においてサンプリングされたサブ波面と比べてより径方向外側に位置する。結果として、2D重心データ点パターン1232は、長軸を実質的に鉛直に整列させた楕円になる。
【０１４０】
デフォーカスオフセットをさらに調節すると、鉛直断面の波面1213の発散性が弱まる一方で、対応する水平断面の波面1223が平面になる。したがって、象限検出器における像スポットは、1243によって示されるとおり、環状リングの上部および下部（aおよびc）においてサンプリングされたサブ波面については少し径方向外側に位置する一方で、環状リングの左側および右側部分（dおよびb）においてサンプリングされたサブ波面の像スポットは、象限検出器の中心のかなり近くに位置する。結果として、2D重心データ点パターン1233は、実質的に鉛直線に似る。
【０１４１】
デフォーカスオフセットをさらに調節すると、鉛直断面の波面1214が、平面状の波面の点を通過して発散性から収束性へと変化した水平断面の波面1224の収束性の程度と同程度のさらに弱い発散性になる可能性がある。したがって、1244によって示されるとおり、象限検出器における像スポット（aおよびc）が、環状リングの上部および下部においてサンプリングされたサブ波面について、わずかに径方向外側に位置するだけになる一方で、環状リングの左側および右側部分（bおよびd）においてサンプリングされたサブ波面の像スポットは、今やいくらか径方向内側に位置し、径方向内側への変位の程度は、上部および下部においてサンプリングされたサブ波面の像スポットの径方向外側への変位と同程度である。結果として、2D重心データ点パターン1234は、上述のとおりの逆方向の回転順序による円に似る。
【０１４２】
デフォーカスオフセットをさらにもっと調節すると、鉛直断面の波面1215が今や平面になる一方で、水平断面の波面1225がより収束性になる。したがって、1245によって示されるように、象限検出器における像スポットが、環状リングの上部および下部（aおよびc）においてサンプリングされたサブ波面については中心の近くに位置する一方で、環状リングの左側および右側部分（bおよびd）においてサンプリングされたサブ波面については、像スポットがさらに径方向内側に位置する。結果として、2D重心データ点パターン1235は、水平線に似る。
【０１４３】
デフォーカスオフセットをさらにもっと調節すると、鉛直断面の波面1216が平面状の点を通過してわずかに収束性になる一方で、水平断面の波面1226は、今やさらにもっと収束性になる。したがって、象限検出器における像スポットは、1246によって示されるとおり、環状リングの上部および下部（aおよびc）においてサンプリングされたサブ波面について、わずかに径方向内側に位置する一方で、環状リングの左側および右側部分（bおよびd）においてサンプリングされたサブ波面については、さらにもっと径方向内側に位置する。結果として、2D重心データ点パターン1236は、水平な楕円に似る。
【０１４４】
図12から、楕円度が小さいとき、楕円の長軸および短軸ならびに楕円の程度（どちらも乱視の屈折誤差に関係する）を正確に割り出すことがより困難であることを、理解することができる。単純なデフォーカスまたは球面屈折誤差の場合と同様に、2Dデータ点パターンの並びは、今や楕円に似ているが、サブ波面が環状リングを巡って順次にサンプリングされる場合、特定の回転方向に従う。やはり、各々のデータ点の位置が、得られる波面の全体としての発散性または収束性に変化が存在する場合に、楕円の中心に対して反対側になる。したがって、重心軌跡の回転が逆になっていない場合、楕円の中心に対するデータ点の位置が、全体としての波面が発散性であるか、収束性であるかを知らせることができる。一方で、長軸および短軸の向き、長軸および短軸の長さ、ならびに短軸の長さに対する長軸の長さの比または楕円度に関する楕円の形状を、すべて測定された乱視の程度を知らせるために使用することができる。
【０１４５】
しかしながら、デフォーカスオフセットがデフォーカス成分のより良好な補償に向かって調節されるとき、得られる波面は、得られる波面において特定の方向に沿った局所的な傾きがゼロになるまで、すなわち該当の断面の波面が1223および1215によって示されるように平面状になるまで、全体としての発散性または収束性が減少するようなやり方で変化する。2D重心データ点パターンの対応する2つの直線（1233および1235）は、デフォーカスおよび乱視を除いて他の高次収差が存在しない場合、互いに直角になる。デフォーカスオフセット装置がデフォーカス成分のさらに良好な補償に向かってさらに調節されるとき、得られる波面は、より大きな部分の発散性が増し、より小さな部分の収束性が減り、あるいはその反対である。そのような場合の2Dデータ点パターンは、図12には示されていないが、これまでの検討にもとづいて想像することが可能である。この2Dデータ点パターンの1つの特徴は、重心軌跡の順次の回転が逆になり、データ点パターンが、長軸がより短いより小さな楕円に似てくる点にある。やはり、長軸および短軸の向き、長軸および短軸の長さ、ならびに短軸の長さに対する長軸の長さの比または楕円度に関する逆順の楕円の形状を、すべて測定された乱視の程度を知らせるために使用することができる。
【０１４６】
球面デフォーカス成分の実質的に良好な補償が生じるとき、得られる波面は、全体としての波面の半分（1214）において等しく発散性であり、全体としての波面の残りの半分（1224）において等しく収束性である。これの円形の2Dデータ点重心軌跡の回転の順序は、2つの大きな楕円1232および1236の回転の順序と比べて逆になる。
【０１４７】
デフォーカスオフセットが「最良フォーカス」領域の付近に調節または走査されるときの2D重心データ点パターンと、フォーカスさせられている乱視を有するビームの断面形状との間に、相違が存在するが、実際には両方の間にきわめて良好な対応および類似性が存在することに触れておく価値がある。このきわめて類似した挙動は、波面測定結果の提示を視力矯正医にとってきわめて理解容易にする本開示の重要な特徴である。中心窩の付近の光源から由来するビームが、近視および乱視を有する眼から現れ、このビームが図12の下部に示されているように右方から左方へとフォーカスされると仮定する。眼から出た後で、ビームは水平方向よりも鉛直方向において早期にフォーカスする。これにより、ビームの断面形状が水平な楕円1256に似る。
【０１４８】
この時点で、図2および4に示したとおりの光線光学が、ビームを無限に小さいサイズまでフォーカスでき、したがって球面の波面の曲率が変わらないと仮定しているが、これが真実ではなく、実際には、収束ビームがフォーカスされるにつれて、波面が光線光学によって予想されるような比較的固定の曲率半径での収束性から徐々に変形し、より収束性になり、収束性が減少し、平面状になり、次いで少し発散性になり、さらに強い発散性になり、最終的に光線光学によって予想されるような比較的固定の曲率半径での軽い発散性になることが、波動光学によって示されているという意味で、近似である幾何学的な光線光学と、より正確である波動光学との間に相違が存在することを、再び思い出すべきである。したがって、移行時に、波面の曲率半径が、正の方向に大きいが光線光学によって予想されるようにより一定である曲率半径から、小さくなり、次いで大きくなり、無限大になり、負の方向に大きくなり、小さくなり、大きくなり、しかしながら光線光学によって予想されるように比較的固定の曲率半径を有するように変化する。図12においては、光線光学理論が依然として有効な領域でない「最良フォーカス」の付近の領域の場合だけが示されていることに、注意すべきである。
【０１４９】
したがって、鉛直断面の波面を考えると、「最良フォーカス」位置に近づくにつれて、依然として「最良フォーカス」位置から遠い水平断面の波面よりも早期に収束性が小さくなる。この波面の状況は、1216および1226に相当する。2Dデータ点パターン1246も水平な楕円になり、したがって良好な対応が存在する。
【０１５０】
乱視のビームは、よりフォーカスさせられるにつれて水平線1255になる。これは、鉛直方向においてビームが最もよくフォーカスしていることを意味する。したがって、鉛直断面の波面が平面（1215）である一方で、水平断面の波面は、依然として収束性（1225）である。2D重心データ点パターン1235も水平線であり、やはり良好な対応が存在することに注目すべきである。
【０１５１】
乱視のフォーカスビームは、さらに伝播するにつれて最小錯乱円へと変化し、ビーム形状が円1254になる。この位置において、鉛直断面の波面は、平面状の位置を過ぎてわずかに発散性（1214）となっている一方で、水平断面の波面は、「最良フォーカス」位置に達していないため、依然としてわずかに収束性（1224）である。これに対応して、逆順の円形2Dデータ点パターン1234が存在している。
【０１５２】
乱視のフォーカスビームがさらに伝わるにつれ、ビームの形状は鉛直線1253になる。鉛直断面の波面が、今やさらに発散性（1213）になる一方で、ビームが、水平方向において完璧にフォーカスし、すなわち水平断面の波面が平面状（1223）であることに注意すべきである。したがって、2D重心データ点パターンも鉛直線1233である。
【０１５３】
乱視のフォーカスビームがさらに伝播するとき、ビーム形状は鉛直な楕円（1252）に変化する。この位置において、鉛直断面の波面が、さらにもっと発散性（1212）になる一方で、水平方向の断面の波面は、わずかに発散性（1222）になるところである。2Dデータ点パターンも、鉛直な楕円（1232）になる。
【０１５４】
上述の検討を、フォーカスさせられる球面収束性または発散性の波面のビームならびに平面状の波面のビームについて行なわれた検討と組み合わせることで、2Dデータ点パターンを小さくまとめる（collapse together）という目標が、ビームのただ1点へのフォーカスへの良好な対応でもあることを、理解することができる。したがって、ビームの波面の環状リングを巡るサンプリングによる波面測定から得られる2D重心データ点パターンが、正視の状態ならびに球面および円柱屈折誤差の存在を、視力矯正医にとって容易に理解することができるやり方で直観的に示すことができる。フォーカスさせられるビームの形状と同様の特性を有する2D重心データ点パターンの形態で波面測定を提示するという独自のやり方が、本開示の態様の重要な特徴であることを、理解すべきである。
【０１５５】
態様の一局面として、較正波面測定を実質的に平面状の波面について行なって、重心の軌跡のパラメータと、環状リングの直径および幅と、デフォーカスオフセットとの間の関係を明らかにすることができる。次いで、眼からの波面の実際の測定を、デフォーカスオフセットを走査し、おそらくは環状リングのサイズも直径および幅に関して走査し、測定結果を較正データに関連付けることによって行なうことができる。そのようにすることで、眼の球面屈折誤差および円柱屈折誤差の両方のより正確な測定を得ることができる。
【０１５６】
球面屈折誤差の事例に関して述べた同じ眼または光学要素の整列ならびに指標追跡の考え方が、球面および円柱の両方の屈折誤差を有する眼にも依然として適用可能であることに注意すべきである。この場合には、デフォーカスオフセット装置が操作されるときに、楕円（楕円の極端な場合としては、直線および逆順の円）の中心を基準点と比較することができ、中心が常に基準点から所定の距離の範囲内に帰着する場合に、良好な整列または追跡が達成されていると考えることができる。
【０１５７】
眼が、デフォーカスおよび乱視の代わり、またはデフォーカスまたは乱視に加えて、高次の収差を有している場合には、2Dデータ点パターンが楕円（円および直線は楕円の2つの極端な場合である）から外れる。態様の一局面として、そのような不完全な楕円データ点パターンまたは重心軌跡を、直接表示または楕円にフィットさせることができ、フィットされた楕円からのデータ点のずれが、視力矯正医に高次収差の存在を知らせることができる。最良フィット楕円からの非対称なずれまたは変化の大きさを、球面の打ち消しの最適な測定によって最良の打ち消しフォーカス位置を評価するために使用することができる。高次収差のこの形態での表示は、明らかに2D波面マップまたはゼルニケ多項式係数と比べて視力矯正医にとってより容認可能かつ分かりやすい。しかしながら、非対称性が表示装置に示されるとき、それがいくつかの考えられる原因を意味しうることに注意すべきである。例えば、本開示の機器に対する眼の整列のずれによって引き起こされる可能性がある。そのような状況においては、実際の球面屈折誤差によって引き起こされる重心パターンがたいていは対称でなくなり、誤った乱視が報告されることがないように、対称が固定の軸から外れた整列によって強制されてはならない。
【０１５８】
2Dデータ点パターンの2つの直線形状をもたらす2つのデフォーカスオフセットについての最も興味深い特徴は、線が乱視の軸をより明瞭に示すことができる点にある。一方で、デフォーカスの量に組み合わせられた直線の長さが、乱視の程度またはジオプトリー値を直接示すことができる。直線の長さは、環状リングの直径または半径に依存し、或る程度はサンプリング開口のサイズにも依存するが、これらは前もって決定および較正することが可能である。態様の一局面として、デフォーカスオフセット装置を、2Dデータ点パターンの2本の直線を見つけるように走査することができ、そのような走査を、視力矯正医または屈折の執刀医あるいは組み込みのアルゴリズムによって始めることができ、デフォーカスオフセットを表示装置上に直線を示す2つの値または位置の一方において停止させることができる。デフォーカスの走査が、エンドユーザが乱視の軸および量のより正確な判断を達成することを可能にする。デフォーカスの走査は、おそらくは環状リングの走査とも組み合わせられて、雑音を均すことによって眼の収差のより良好な測定を得るという目的も果たすことができる。例えば、2Dデータ点パターンに2本の直線を生じさせる2つのデフォーカスオフセット値の間の範囲を、眼の乱視についての情報をもたらすために使用することができる。
【０１５９】
2Dデータ点パターンの2つの直線が、球面および円柱レンズの少なくとも2つの組み合わせを使用して屈折誤差を矯正できることを実際に示す。第1の組み合わせは、球面屈折誤差を矯正するための球面レンズを選択するために、第1の（鉛直な）直線1233をもたらしたデフォーカスオフセット値を使用することである。そのような球面レンズは、水平断面の波面1223を平面状にするであろう。同時に、鉛直断面の波面1213が依然としてわずかに発散性であるため、正の円柱レンズを使用して鉛直方向（より一般には、第1の直線に沿った方向）の光だけをフォーカスさせ、鉛直方向において依然としてわずかに発散性である波面を平面状の波面にすることができる。結果として、2D重心データ点をすべて中心に持ってくることができ、全体としての波面を完璧に平面状にすることができる。これにより、球面および円柱屈折誤差の完璧な矯正がもたらされる。
【０１６０】
第2の組み合わせは、球面屈折誤差を矯正するための球面レンズを選択するために、2D重心データ点パターンの第2の（水平な）直線1235をもたらしたデフォーカスオフセット値を使用することである。そのような球面レンズは、鉛直断面の波面1215を平面状にするであろう。同時に、水平断面の波面1225がわずかに収束性であるため、負の円柱レンズを使用して水平方向（より一般的には、第2の直線に沿った方向）の光だけを負にフォーカスさせ、水平方向においてわずかに収束性である波面を平面状の波面にすることができる。結果として、2D重心データ点をすべて中心に持ってくることができ、全体としての波面を完璧に平面状にすることができる。これにより、球面および円柱屈折誤差のもう1つの完璧な矯正がもたらされる。
【０１６１】
これら2つの組み合わせの他に、他の組み合わせの可能性も存在する。例えば、デフォーカス（球面レンズ）の矯正が、2本の直線の間のどこかである最小錯乱円の場合に実質的に相当する場合、乱視の矯正は、正および負の両方の円柱屈折を2つの直交する配向方向にそれぞれ有する円柱レンズを必要とすると考えられる。おそらくは、デフォーカスの矯正および乱視の矯正の両方のために、より小さなジオプトリー値に相当する全体としてより薄いレンズの組み合わせを選択することが、より現実的である。いくつかの場合には、球面の矯正が、最小錯乱円に対応する矯正であってよい。これを達成するために、デフォーカスオフセットを走査することができ、組み込みのアルゴリズムを使用して、長軸および短軸の長さを一致させることによって逆順の円形の2Dデータ点パターンへの最良フィットを見つけることができる。したがって、このデフォーカスオフセットが球面の矯正をもたらすと期待され、2Dデータ点パターンの円の直径を、依然として残る乱視の程度を明らかにするために使用して、正および負の両方のフォーカス力を直交する方向に有する円柱レンズを選択することができる。
【０１６２】
リアルタイムの波面測定のフィードバックにもとづいてデフォーカスを動的にオフセットすることで、眼の収差の測定および視力の矯正に関して多数の利点がもたらされることに、注目すべきである。一態様として、開示の機器が患者の眼の屈折誤差の割り出しに使用される場合、エンドユーザが、機器が種々の調節の条件下での屈折誤差のより精密な測定を得るためにデフォーカスオフセット装置を走査するとともに、患者の調節も変化させることを、可能にすることができる。患者の調節範囲を見つけるために調節を変更することで、医師が調節の範囲および反対側（far side）を特定し、したがって患者を所望の距離に固定することができる。次いで、所望の球面および円柱屈折矯正あるいは高次の収差の矯正の処方を、デフォーカスの走査によって得られた2つの2Dデータ点パターン直線のうちの一方などの一連の2Dデータ点重心パターンにもとづいて行なうことができる。
【０１６３】
処方を、デフォーカスの走査を利用し、さらに調節も利用する組み込みのアルゴリズムを使用して、自動的に生成することもできる。例えば、デフォーカスオフセット装置を、測定されるべき患者からの波面を波面センサの測定範囲に入れることができるオフセット値を特定および仮定するために、最初に簡単に走査することができる。後に、眼の調節範囲を、波面センサが波面の変化を監視している一方で、内固定を走査することによって明らかにすることができる。調節範囲において、内固定が走査されるとき、眼が補償することができ、測定されるリアルタイム波面が同じ状態へと復帰しようとする。しかしながら、内固定が2つの調節限界のうちの一方へと走査されるとき、眼はもはや内固定の変化を補償することができず、眼が今や「ぼやけ」る。さらなる内固定の走査に眼は応答せず、リアルタイム波面測定が、眼が2つの調節限界のうちの一方に達したことを示す。このやり方で、眼の調節の2つの限界を見つけることができる。これらのプロセスを、組み込みのアルゴリズムによって自動的に実行することができる。
【０１６４】
調節範囲が明らかになった後で、眼を調節限界の反対側に固定することができる。次いで、デフォーカスオフセット装置を、例えば2つの2D重心データ点パターンの直線のうちの一方を特定するために走査することができる。やはり、これを組み込みのアルゴリズムによって自動的に行なうことができる。事前の較正が存在するため、直線の長さおよび配向方向が、円柱レンズの処方をもたらすことができ、現在のデフォーカスオフセット値が、球面レンズの処方をもたらすことができるはずである。このようにして得られるレンズの処方は、調節範囲を考慮しており、患者が遠方の物体を明瞭に見ることを可能にすると同時に、調節範囲が許す限り近い物体を明瞭に見るためのフォーカスも可能にする。
【０１６５】
処方を、試行レンズを使用して患者において試験することができる。やはり、患者の調節を変化させることができ、2Dデータ点パターンのリアルタイム表示が、エンドユーザに視力の矯正が良好であるか否かを知らせる。加えて、種々の環状リングサイズを巡る波面測定の精度、および全調節範囲にわたる患者の調節の制御により、このようにして得られる処方（高次の収差も考慮に入れることができる）は、単純なオートリフラクタを使用して得ることができるよりもはるかにもっと正確である可能性がきわめて高く、したがってそのような処方は、主観的な確認をもはや不要にするほどに充分に良好であることができる。
【０１６６】
態様の別の局面として、組み込みのアルゴリズムを有するデジタルプロセッサを、最良フィットの楕円の長軸および短軸のセンタリング、大きさまたは長さ、ならびに角度軸の配向方向を計算して表示装置上に示し、エンドユーザに測定されている波面の球面および円柱屈折誤差を直接知らせるために使用することができる。デジタルプロセッサは、表示された2Dデータ点パターンの楕円への最良フィットも実行することができ、乱視軸をさらにもっと精密に割り出すことができるよう、エンドユーザのデフォーカスオフセットの微調整もガイドすることができる。
【０１６７】
図13が、2D重心データ点パターンにもとづいて測定された波面の長軸および短軸ならびに球面および円柱屈折誤差を見つける際の主要な工程の典型的なフローチャートを示している。選択肢として、プロセッサが、所定の基準に対して高次収差の存在を知らせることもできる。プロセッサは、円またはデータ点の集まりあるいは直線に対してフィットされた楕円のずれを示すための信号を生成することができ、この信号を、波面オフセット要素または装置を駆動するために使用することができる。得られた情報を、2D重心データ点パターンとともに、波面表示ウインドウに表示することができる。例えば、波面表示ウインドウの1つの角に、球面-円柱ジオプトリー値にてのリアルタイムの屈折誤差および乱視の軸（単位は、度）を、最良フィットの楕円の長軸および短軸の長さ、2つの軸の比、および高次収差の有無と一緒に表示することができる。加えて、視力矯正処置の際に、矯正が悪い方向または正しい方向に進んでいることを視力矯正医に警報するために、表示されるリアルタイム情報を自動的にデジタルで「ズームアウト」または「ズームイン」することができる。特定のレベルの矯正に達したときに、表示される情報を、例えばフォントサイズ、太さ、スタイル、または色に関して強調された形態に変化させることができる。
【０１６８】
処理は、処理ブロック1302において始まり、位置センサから返された生データ点位置ベクトルの中点ベクトルが計算されるブロック1304へと進む。処理ブロック1306において、すべての生データ点位置ベクトルが、中点ベクトルによって平行移動させられる。処理ブロック1308において、平行移動後の点ベクトルの平均長が、囲み円の平均半径を割り出すために計算される。処理工程1310において、各々の平行移動後の点ベクトルの長さが、選択された半径よりも大きいベクトル長を有するすべての点ベクトルを選択するために平均半径と比較される。
【０１６９】
処理工程1313において、曲線フィットアルゴリズムが、選択された点ベクトルに最もよくフィットする直線の配向角度を割り出すために使用される。この角度が、乱視の軸のうちの1つである。処理工程1314において、すべての平行移動後の点が、長軸および短軸をx、y座標系に対して直角に位置させるために配向角度によって回転させられる。
【０１７０】
処理工程1316において、半長軸および半短軸の大きさが、回転後の点ベクトルを楕円の式へと曲線フィットさせることによって割り出される。処理工程1318および1320において、半長軸および半短軸の大きさが、球面および円柱屈折誤差をジオプトリーにて計算するために使用される。上述のように、この情報が、矯正レンズの処方としてユーザに提供される。
【０１７１】
処理工程1322において、高次収差の存在を示すために楕円からの誤差が計算され、高次収差を矯正の手段を決定するためにさらに分析することができる。
【０１７２】
処理工程1324において、フィットされた楕円の短軸の長さまたは短軸に対する長軸の長さの比を、フィットされた楕円が円またはデータ点あるいは直線に近いかどうかを判断するために使用することができ、信号を、波面オフセット要素を駆動してオフセットを変化させるために出力することができる。組み込みのアルゴリズムまたはエンドユーザからの入力によって、処理工程を、例えば直線への所望のフィットが得られるまで繰り返すことができる。最後に、処理は処理工程1326において終わる。
【０１７３】
アルゴリズムを、オンボードメモリに保持されたファームウェアを実行するマイクロコントローラによって自動的に実行することができる。あるいは、プログラムコードをホストに保存し、種々の制御モジュールの制御に使用することもでき、あるいはホスト制御とファームウェアとの何らかの組み合わせを利用することができる。
【０１７４】
表示された2Dデータ点パターンを、デジタル的に「ズームイン」または「ズームアウト」し、表示装置上の2Dデータ点パターンを「拡大」または「縮小」することができる。この特徴は、リアルタイムの視力矯正処置においてきわめて有用である。デフォーカスオフセットの走査が、エンドユーザが2本の「直線」、したがって乱視の軸を見つけることを可能にする。乱視のリアルタイムでの矯正の実行において、2本の「直線」の長さまたは楕円の長さが矯正が実行されるにつれて短くなり、それが消滅して「完璧」な円が達成され、あるいはデータ点が完全に1つに集まるまで、特定の段階において、2Dデータ点パターンが依然として「直線」に似ているかどうかを判断するために「ズームイン」およびデフォーカスオフセットの微調整が必要になる。
【０１７５】
本開示の機器を、機器とのユーザの相互作用に関して、いくつかのやり方で操作容易に設計することができる。第1に、患者の人口統計学的情報をシステムへと入力することができる。これは、コンピュータのキーボードを通じてのデータの直接入力によって行なわれ、あるいは電子ネットワークを介してつながり、Health Language 7などの確立されたインターフェイスと通信するElectronic Medical RecordへのDICOMおよびHIPAA準拠のサービスなどの確立された通信およびセキュリティ規格を介して行なわれる。ひとたび患者の人口統計学的情報が装置に読み込まれると、いくつかの他のパラメータが選択される。ユーザからの入力のいずれも、キーボード、タッチ式画面、音声、仮想現実手袋、および足踏みスイッチなどといったさまざまな枠組みによって実行することができる。最初に入力することができるパラメータとして、術眼、実行される処置（例えば、トーリック、多焦点、または調節眼内レンズ（IOL）の埋め込み）、円柱の表示のプラスまたはマイナス設定、データの記録のオン/オフ、聴覚フィードバックのオン/オフ、およびヘッドアップディスプレイのオン/オフが挙げられる。
【０１７６】
1つまたは複数の例示的な態様においては、眼の屈折誤差または収差に関する波面センサなどの測定装置のエンドユーザに、装置によって得られる1つまたは複数のデータを自身の選ぶ形態、フォーマット、伝達関数、アプリケーション、表現、出力、およびまたはアルゴリズムへと操作する自由が提供される。
【０１７７】
1つの例示的な態様は、光源によって生成された波面の入射部分であるサブ波面を、焦点面に位置する像スポットへとフォーカスさせるように構成されたサブ波面フォーカスレンズと、入射波面の異なる部分を前記サブ波面フォーカスレンズへと順次に投射するように構成されたシーケンシャル波面走査装置と、前記サブ波面のサイズを制御するように構成された可変の開口と、実質的に前記サブ波面フォーカスレンズの焦点面に位置し、該焦点面における前記像スポットの位置を示すように構成された位置検出装置と、前記波面の一部分を前記波面センサへの入射前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素と、ユーザ入力装置と、測定装置によって取得された1つまたは複数のデータ値と、プログラムとを保持するコンピュータにとって読み取り可能な一時的でない記憶装置と、前記制御可能な波面オフセット要素、前記ユーザ入力装置、および前記記憶装置へと連結され、前記波面の選択された波面収差成分をオフセットすることによって前記波面の一部分の1つまたは複数の残りの収差成分を測定するように前記制御可能な波面オフセット要素を制御し、1つまたは複数の残りの波面収差成分を1つまたは複数の対応する変数に割り当てるためのプログラムを実行し、前記変数のうちの1つまたは複数を評価または変更して得られた値をもたらすために該1つまたは複数の変数を処理するユーザによって選択されたアルゴリズムを受信し、前記得られた値を出力するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【０１７８】
別の例示的な態様は、眼の生の波面収差データ値を取得するように構成された波面センサと、生の波面収差データ値を操作して該生の波面収差データ値を評価または変更し、得られたデータを種々の形態で出力するアルゴリズム、フィルタ、および分析としての複数の所定の処理のうちの1つを、エンドユーザにとって選択可能にするように構成されたユーザ入力装置と、前記波面センサ  測定装置、によって取得された1つまたは複数の生の波面収差データ値と、プログラムコードとを保持するコンピュータにとって読み取り可能な一時的でない記憶装置と、前記記憶装置およびユーザ入力装置へと連結され、1つまたは複数の生の波面収差データ値に前記ユーザによって選択された処理、変数のうちの1つまたは複数を処理するアルゴリズムを割り当てるためのプログラムコードを実行し、前記ユーザによって選択された処理を実行して前記1つまたは複数の生の波面収差データ値を評価または変更し、得られたデータを出力するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【０１７９】
別の例示的な態様は、光源によって生成された波面の入射部分であるサブ波面を、焦点面に位置する像スポットへとフォーカスさせるように構成されたサブ波面フォーカスレンズと、入射波面の異なる部分を前記サブ波面フォーカスレンズへと順次に投射するように構成されたシーケンシャル波面走査装置と、前記サブ波面のサイズを制御するように構成された可変の開口と、実質的に前記サブ波面フォーカスレンズの焦点面に位置し、該焦点面における前記像スポットの位置を示すように構成された位置検出装置と、前記波面の一部分を前記波面センサへの入射前に遮るように配置された制御可能な波面オフセット要素と、ユーザ入力装置と、測定装置によって取得された1つまたは複数のデータ値と、プログラムとを保持するコンピュータにとって読み取り可能な一時的でない記憶装置と、前記制御可能な波面オフセット要素、前記ユーザ入力装置、および前記記憶装置へと連結され、前記波面の選択された波面収差成分をオフセットすることによって前記波面の一部分の1つまたは複数の残りの収差成分を測定するように前記制御可能な波面オフセット要素を制御し、1つまたは複数の残りの波面収差成分を1つまたは複数の対応する変数に割り当てるためのプログラムを実行し、前記変数のうちの1つまたは複数を評価または変更して得られた値をもたらすために該1つまたは複数の変数を処理するユーザによって選択されたアルゴリズムを受信し、前記得られた値を出力するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【０１８０】
別の例示的な態様は、光源によって生成された波面の入射部分であるサブ波面を、焦点面に位置する像スポットへとフォーカスさせるように構成されたサブ波面フォーカスレンズと、入射波面の異なる部分を前記サブ波面フォーカスレンズへと順次に投射するように構成されたシーケンシャル波面走査装置と、前記サブ波面のサイズを制御するように構成された可変の開口と、実質的に前記サブ波面フォーカスレンズの焦点面に位置し、該焦点面における前記像スポットの位置を示すように構成された位置検出装置と、ユーザ入力装置と、測定装置によって取得された1つまたは複数のデータ値と、プログラムとを保持するコンピュータにとって読み取り可能な一時的でない記憶装置と、前記ユーザ入力装置および前記記憶装置へと連結され、1つまたは複数のデータ値を1つまたは複数の対応する変数に割り当てるためのプログラムを実行し、前記変数のうちの1つまたは複数を評価または変更して得られた値をもたらすために該1つまたは複数の変数を処理するユーザによって選択された処理を実行し、前記得られた値を指定されたフォーマットで出力するように構成されたコントローラと
を備える機器である。
【０１８１】
上記および本出願の全体において開示の別々の態様の特徴を、互いに組み合わせることが可能であり、かつ/あるいは互いに置き換えることが可能であることを、理解すべきである。
【０１８２】
図13Aが、例示的な態様のブロック図である。図13Aを参照すると、測定装置13110がコントローラ13112を含む装置インターフェイス13111へと連結され、コントローラ13112は、プロセッサ13114と、メモリ13116と、装置インターフェイス13118と、I/Oインターフェイス13120と、コントローラの種々の構成要素を接続する内部バス13122とを備えている。キーボードまたはマウスなどのユーザ入力装置13124と、表示装置などの出力装置13126とが、I/Oインターフェイス13120へと接続されている。
【０１８３】
測定装置13110が、装置インターフェイス13118（あるいは、I/Oインターフェイス13120）へと連結され、測定からの結果を生データとしてコントローラ13112へともたらす。
【０１８４】
目的は、装置によるデータの操作を製造者の操作に限定するのではなく、個々のユーザによる自身の好み（装置の種々の用途において変わる可能性がある）に合わせたカスタマイズに関して、より大きな自由を可能にすることである。データへと加えたい処理（例えば、特定のアルゴリズム、フィルタ、および分析）および表示を自身の変化するニーズに合致するように制御するというエンドユーザの変化する独自のニーズを解決する。これらの処理をリアルタイムで適用し、後の使用のために保存し、例えばイントラネットまたはインターネットを介して送信することができる。処理を、ユーザの選択によって同時または個別に行うことができる。
【０１８５】
これは、既存の製品および将来の製品へと適用することができる新規な方法および処理である。図13Bが、工程の典型的なフロー図を示している。例示的な態様においては、これらの工程を、コントローラによってメモリに保存されたプログラムを実行するときに実施することができる。測定装置によってもたらされる生データも、メモリに保存することができる。
【０１８６】
開始の工程13202において、装置のアプリケーション/プロセスが開始または実行される。
【０１８７】
プロセスの初期化の一部であってよく、あるいはユーザによって引き起こされてもよい次の工程13204において、「マシン」が、ユーザに対して、収集または取得されたデータから得られた情報の表示または提示または保存または伝達に使用した初期設定または前回のアルゴリズムについて、変更を望むか否かを尋ねる。とくには、初期設定または前回のアルゴリズムは、眼の屈折誤差または収差の測定のための波面センサのアルゴリズムであってよい。
【０１８８】
ユーザが「いいえ」を選択した場合、プロセスは工程13220へと移動し、マシンが初期設定または前回使用したアルゴリズムを使用することができ、あるいは所定のアルゴリズムのリストからの選択をユーザに求めることができる。
【０１８９】
ひとたび選択が行なわれると、工程13222によって示されるように、マシンが、ユーザの選択によって得られたデータをもたらしつつ意図のとおりに機能し、次が終了の工程13230である。
【０１９０】
他方で、ユーザが「はい」を選択した場合、マシンが工程13206によって示されるようにユーザ入力プロセスを開始する。
【０１９１】
工程13208において、マシンが、ユーザによるプロセスまたはアルゴリズムへの入力を可能にする。
【０１９２】
次の工程13210において、マシンは、生データフィールドを特定の1つまたは複数の機能あるいはアルゴリズムへと割り当てる。
【０１９３】
工程13212において、関数またはアルゴリズムが、ユーザにデータの所望の評価/変更を提供し、終了の工程13230に先立って種々の形態のやり方で出力する。
【０１９４】
選択肢として、これらのアルゴリズムを、例えばキーボードによってリアルタイムで入力することができ、あるいは他の媒体から取り込むことができる。
【０１９５】
別の選択肢として、マシンが、個別またはマシンからのデータとの組み合わせにおいて適用することができる所定のアルゴリズムまたはプロセスの組をユーザに提供することもできる。例えば、低域通過フィルタアルゴリズム/モジュールおよび極座標変換機能/モジュールが存在できる。ユーザが、データを極座標へと変換させ、次いで低域通過フィルタ処理させることを選択することができる。
【０１９６】
上記の入力のいずれも、将来の使用のために保存することができる。これにより、ユーザがカスタム/あらかじめ準備された機能/用途の「ライブラリ」を生成することができる。
【０１９７】
さらに別の選択肢として、マシンが上記のための1つまたは複数の所望の出力方法を決定するようにユーザを促すことができる。例えば、ユーザが、グラフィック表示、音声、または数値、あるいはすべてを選択することができる。出力データを、別のアプリケーションまたはマシン/装置へと、それらの機能に影響を及ぼすため、または及ぼさないため、あるいはデータの使用/保存の組み合わせとして、送り出すことも可能である。
【０１９８】
マシンは、マシンの現在の処理を休止または停止させる必要なく、現在適用されているアルゴリズム/アプリケーションをリアルタイムで新たなアルゴリズム/アプリケーションへと変更するようにユーザを促すように、所定のアルゴリズム/アプリケーションを提示することができる。
【０１９９】
さらに、ユーザを、得られた生または処理済みデータの提示のやり方をカスタマイズするように促すことができる。マシンが、グラフィック表示、表示の種類、および表示されるデータの限界を選択するようにユーザを促すことができる。あるいは、ユーザは、処理後または生のデータの表示についてグラフィック成分の有無を選択することができる。
【０２００】
一般に、通信リンクを介してマイクロプロセッサからもたらされ、あるいはマイクロプロセッサを通じてもたらされ、もしくは表示されるデータを、ユーザによって生成および選択された1つまたは複数のプロセスへと入力することができる。ユーザが、特定の1つまたは複数のデータをそれらの生成の特定の入力（独立変数）フィールドへと指向させる能力を有すると考えられる。
【０２０１】
例えば、装置のプロセッサが、LCD（液晶表示装置）においてエンドユーザへとデータを視覚的に提示することができる。このデータを、y＝mx＋bという形態（製造者による初期設定）の線を示すデータの連続的な組として提示することができる。エンドユーザは、y＝k3x3＋k2x2＋k1x＋k0という三次多項式としてのデータの提示およびフィットを望むことができる。装置のプロセッサが、ユーザが式y＝k3x3＋k2x2＋k1x＋k0へと入ることを可能にするユーザインターフェイス機構/方法をもたらし、データ（独立変数）をそれらの式へと一意に指向させる/割り当てすると考えられる。次いで、ユーザは、式の結果の使用、リアルタイムでの「y」（従属変数）としての提示、「フィット」線としてのグラフ化、後の見直しのための保存、他の場所への送信、あるいは以上のすべてをどのように行なうことを望むかを、選択することができる。
【０２０２】
例えば、生データフィールドが、オートリフラクタによって与えられた無水晶体眼の測定による球面屈折誤差および測定による円柱屈折誤差であったならば、これらの生データフィールドを、それぞれuおよびvとラベル付けされたパラメータに割り当てることができる。ユーザが、眼内レンズ（IOL）の屈折力に割り当てられた得られる値wを必要とする場合、アルゴリズム「w＝0.07（u＋0.5v）2＋1.27（u＋0.5v）＋1.22」をユーザ入力装置を使用して入力することができる。
【０２０３】
例えば、対数および指数関数などの多項式以外の関数も、ユーザによってもたらされるアルゴリズムにおける使用のために用意することができる。
【０２０４】
図13Cおよび13Dが、上述のプロセスにおける典型的なスクリーンショットである。図13Cにおいては、生データの変数への割り当てが定められ、ユーザがアルゴリズムを入力するように促されている。図13Dにおいては、変数に割り当てられたデータ値および得られた値が表示されている。
【０２０５】
本方法は、プロセッサおよび装置の能力を充分に利用し、それらの使用について最終成果を最大化するための大いなる柔軟性をユーザに提供する。
【０２０６】
この技術/手法は、データを含み、供給し、かつ/または生成するあらゆる装置、プロセッサ、または方法へと適用可能である。態様は、装置のデータを処方、三次元または二次元グラフ、平均化などの多数の成果/用途のために使用することができるオートリフラクタまたは波面センサ、写真データをFFTなどの専用のアルゴリズムによって処理することができる眼科用カメラ、心拍ごとのデータを独自の事象について処理することができるパルスオキシメトリ出力であってよい。
【０２０７】
例示的な態様は、手作業または口述で実行可能であり、スクリプト化されてよく、さらには/あるいは主たるプロセスとは別のアプリケーション/プロセスにてもたらされてよい。このプロセスは、マシン/装置の使用の前、最中、または後に生じることができる。これにより、マシン/装置の使用の開始前に所望の成果を計画し、マシン/装置の使用の最中にリアルタイムで成果を調節し、あるいはプロセスの変化を使用して収集されたデータの評価に事後使用するための柔軟性が、ユーザにとって可能にされる。アプリケーションのスクリプト化を、単一の固定のアプリケーションについて個別に行なうことができ、もしくは順次、無作為、あるいはマシン/装置またはプロセスの好ましい用途または利用のために生じることができる多数のアプリケーションとして行なうことができる。
【０２０８】
次に、本出願の譲受人によって設計された特定の波面センサと一体化された装置インターフェイスの態様を、より詳細に説明する。この態様においては、生の測定データが、例えば球面屈折誤差、円柱屈折誤差、ならびにコマ、トレフォイル、および球面収差などの高次収差を含む。次に、測定装置を説明する。
【０２０９】
図5に示した動的波面システムならびに図6に示した電子制御および検出システムが、いくつかの特定の高次の波面収差についての情報を明瞭に強調できるよう、いくつかの低次の収差をオフセットしながらサンプリングパターンに従って波面をサンプリングすることができ、あるいはその逆も然りである。例えば、デフォーカスを動的にオフセットし、乱視を補償することによって、執刀医が精通しており、外科的な対処の技術を有しているきわめて一般的な高次収差（HOA）であるコマなどのHOA成分を、強調して臨床医にとって容易に理解可能なフォーマットで表示することができる。
【０２１０】
本態様においては、マイクロコントローラ601が、図13Bに関して上述した工程を実行するために、例えばメモリ602に保存されたプログラムを実行する。ユーザが、付随のホストコンピュータおよび表示モジュール592を介して入力をもたらし、出力を受け取る。あるいは、ユーザの入力を、接続されたユーザ入力装置および出力装置に接続された出力を通じてマイクロコントローラ601へと直接もたらすことが可能である。
【０２１１】
別の態様においては、マイクロコントローラ601が、生データをホストコンピュータおよび表示モジュール592に出力し、図13Bに関連して上述した処理が、ホストコンピュータおよび表示モジュール592によって実行される。
【０２１２】
上述の態様を、さまざまな用途に使用することができる。例えば、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、および/またはIOLなどのレンズの屈折力を測定および微調整するために、レンズ測定器において使用することができる。本発明の教示を取り入れる種々の態様を、本明細書において詳しく示して説明したが、当業者であれば、それらの教示を依然として取り入れている多数の他の変更された態様を、容易に考え出すことができる。
【０２１３】
ひとたび上述の情報が入力されると、システムをすぐに使い始めることができる。次いで、執刀医が水晶体の摘出を完了させ、IOLの挿入に先立って、無水晶体眼の波面の測定を開始する。決定性の動的波面検出システムが、装置との相互作用の機構として上述された様相のうちの1つを介してオンにされる。次いで、執刀医がIOLを埋め込んだ後で、波面の測定が続けられる。執刀医が、測定によってIOLの最適な配置が確認されるまで、眼におけるIOLの位置を調節する。ひとたび手術が完了すると、データが保存（データの記録がオンにされている場合）され、システムがオフにされる。
【０２１４】
用途の態様として、本開示の機器を、白内障の手術において伝統的な眼内レンズ（IOL）の埋め込みを最適にするために使用することができる。最初に、水晶体が眼から取り除かれるときに、本開示の機器を、環状リングのサイズを動的に変化させることによって角膜の視野全体にわたって無水晶体の状態を確認するために使用することができる。IOLが埋め込まれた状態で、デフォーカスオフセットが調節されるとき、エンドユーザが「ズームイン」および「ズームアウト」を行なって2Dデータ点パターンを「拡大」または「縮小」できるよう、表示装置上のx-y座標系の原点に対する2Dデータ点位置のデジタル利得を増減させることもできる。純粋な球面屈折誤差の矯正の場合には、デフォーカスオフセットを変化させることによって、円状の2Dデータ点パターンの直径を、x-y座標系の基準点（原点など）に対する2Dデータ点パターンのセンタリングを容易にし、したがって眼におけるIOLの配置の精度をより良好にするために、エンドユーザによって制御することができる。円のサイズを、デフォーカスオフセットの変更およびデジタル「ズーム」の制御によって屈折の執刀医の必要に合わせて変化させることができ、結果として、埋め込まれたIOLの配置の精度を、円形の2Dデータ点パターンの中心がいくつかの所定の基準に従って座標の基準点（原点など）に位置するまでIOLを移動させることによって、大幅に改善することができる。散らばったデータ点の「接近」または「集中」が、とくにはデジタル利得制御による「ズームイン」機能の助けによって、IOLの細かい位置決めを助けると同時に、データ点の最良の「ズームイン」された接近に相当する駆動信号が、球面屈折誤差の矯正が精密に達成されたか否かを正確に示す。最良のセンタリング位置を発見するこのプロセスを、やはり組み込みのアルゴリズムを使用して自動化することができる。
【０２１５】
さらに別の用途の態様として、本開示の機器を、埋め込まれた多焦点IOLが配置の最適化に加えて所望のフォーカス範囲を有しているか否かを示すために使用することができる。当業者にとって公知のとおり、多焦点レンズは、通常はいくつかの同心な環状ゾーンを有しており、各々の環状リングが異なるフォーカス力を有している。一般に、ゾーンが中心から遠ざかって外周領域に近づくにつれ、環状リングの幅が小さくなる。米国特許出願公開第20080278683号に、波面の測定を行なうために適応シーケンシャル波面センサを使用することにより、サンプリングされるサブ波面を埋め込まれた多焦点IOLの種々の環状ゾーンに一致させることができるよう、走査ミラーの傾斜角およびサブ波面のサンプリング開口のサイズを制御することによって、サンプリングされる環状リングの直径および環状リングの幅を調節できる旨が述べられている。したがって、本開示の機器を、各々の環状ゾーンからの波面を個別に測定するために使用することができ、適切なデフォーカスオフセットと組み合わせられ、必要であれば調節変化とも組み合わせられた測定結果の現状の表示/フィードバックが、屈折の執刀医に、個々のゾーンについて所望の球面屈折誤差の矯正が達成されたか否かを知らせることができる。各々の個別のゾーンのフォーカス力が得られるとき、埋め込まれた多焦点レンズの全体としてのフォーカス範囲も明らかにすることができる。したがって、執刀医が、指定の度合いまたは程度までの患者のフォーカス範囲の拡大に関して、手術が成功であるか否かを判断することができる。
【０２１６】
重要な用途の態様として、本開示の機器を、トーリックIOLの埋め込みおよび配向を最適化するために使用することができる。白内障屈折矯正手術におけるトーリックIOLの埋め込みにおいて、トーリックIOLのセンタリングおよび傾きの最適化に加えて、決定的に重要な工程は、乱視の完全な矯正が達成できるようにトーリックIOLを所望の配向軸へと回転させることにある。デジタル「ズームイン」の特徴が、トーリックIOLの埋め込みの処置において最も有用になりうる。図14が、軸マークを有するトーリックIOLの概略図を示している。態様の一局面として、デフォーカスをオフセットすることによって、表示装置上の2Dデータ点パターンを直線へと変化させることができ、結果として、残りの乱視をより詳しく示すことができる。この段階で、埋め込まれたトーリックレンズを、表示された2Dデータ点の直線が円へと変化するように回転させることができる。次いで、デフォーカスをさらに調整することによって2Dデータ点の表示を直線に変化させるようにさらに試みることができ、ここで直線を円に変化させるべくトーリックIOLがさらに回転させられるときに、「ズームイン」の特徴を利用することができる。このプロセスを、特定の所定の基準に達するまで繰り返すことができる。直線または楕円を円へと変換すべく埋め込まれたトーリックIOLを回転させるとともに、基準点またはx-y座標の原点において円を「閉じる」ことができることを確かめるためにデジタル「ズームイン」によってデフォーカスを微調整することによって、埋め込まれたトーリックIOLの所望の位置および角度配向を、より精密に外科的に決定することができる。
【０２１７】
さらに別の用途の態様として、本開示の機器を、埋め込まれた調節型眼内レンズ（AIOL）が所望の調節範囲をもたらすことができるかどうかを確認するために使用することができる。当業者にとって周知のとおり、AIOLは、毛様筋の作用のもとで眼内でのフォーカス力を変化させることができるレンズである。AIOLの埋め込みの際に、AIOLのセンタリングに加えて、毛様筋が依然として機能できる場合に、患者が可変の内固定の助けによって種々の距離において調節を行なうことができる。そうでなければ、他の毛様筋刺激機構を、調節の変化を可能にするために使用することができる。デフォーカスオフセットを走査するとともに、リアルタイムの波面測定も行なうことによって、埋め込まれたAIOLの全調節範囲にわたる屈折誤差のより正確な測定を得ることができる。これは、AIOLを埋め込むことによって、所望の毛様筋によって可能にされる調節が達成されたかどうかを知らせる。同じ測定を、外科手術の後に患者が自身の調節能力を回復したときにも行なうことができる。
【０２１８】
別の用途の態様として、本開示の機器を、老眼の治療を提供するため、およびAIOLの埋め込み後の術後成績を最大にするためにも使用することができる。調節の固有の生理学的機構が、自然の調節およびAIOLの両方について同じであることは、当業者にとって公知である。リアルタイムの波面測定結果を得ながら患者の調節の変化を検出できるという本開示の機器の能力を、残余の能力を向上させることによって老眼の発生を遅らせ、さらには始まった老眼を治療するために、患者へのバイオフィードバック機構を介して使用することができる。
【０２１９】
手術の後で、AIOLが埋め込まれた患者が、精神物理学的フィードバックを通じてレンズの機能を高めるためにリアルタイムのバイオフィードバック情報を利用することもできる。換言すると、機器が、AIOLの性能を最大にするために、リアルタイムで眼の完全な光学的状態を記録し、データを収集および分析し、結果を患者へとフィードバックすることができる。フィードバックを、リアルタイムの波面情報ならびに調節の範囲または振幅のリアルタイム測定にもとづいて導出することができる。また、フィードバックは、生データ、調節の振幅に関する情報について導出されたマップ、および/または調節を最大にすることによって制御される他の感覚入力（視覚、聴覚、嗅覚、触覚、および/または味覚のフィードバック）の形態であってもよい。
【０２２０】
さらに別の用途の態様として、本開示の機器を、角膜オンレーまたはインレーの成形および配置に使用することができる。生体適合材料をインレーまたはオンレーとして角膜の中または表面に埋め込むことができ、エキシマまたはフェムト秒レーザエネルギあるいは他の精密アブレーション技術によって削ることができることは、当業者にとって周知である。そのようなアブレーションは、拡張症およびおそらくは術後ドライアイの合併症をなくすことができる正確かつ可逆な屈折の処置を可能にする。したがって、本開示の機器を、最適な視機能を実現すべくインレーまたはオンレーのアブレーションまたは製造を最適化するために使用することができる。「素材」の改変を、眼の中または表面への埋め込みの前または後に実行することができる。架橋あり、または架橋なしであり、潜在的に患者の角膜の外科的な床へと架橋する人工コラーゲンや、種々のヒドロゲルおよび先進のポリマーなど、使用可能と考えられる多数の材料が存在する。材料の仕様を、リアルタイムの波面測定、ならびに生体適合性、可逆性、後の微調整、および光学性能によって機能を最適化するように決定することができる。例えば、材料の仕様を、比較的高価でない技術（例えば、患者の眼との相互作用が存在しないがゆえに生体外で安全にもたらすことができ、エキシマまたはフェムト秒レーザよりもはるかに安価である任意の最適な波長のレーザまたは電磁放射線）によって改変および/または製造できるように設定することができる。
【０２２１】
本開示の機器によってもたらされるリアルタイム波面データを、眼の収差を測定し、生体外でのインレーまたはオンレーの閉ループリアルタイムアブレーションまたは生成を実行（前面および後面の両方）し、次いで製品を正確な配置のためのリアルタイムの術中波面検証のもとで埋め込むために、使用することができる。このやり方では、患者の眼が決してレーザ照射に曝されることがなく、処置が完全に可逆である。インレーまたはオンレーを完全に取り除き、新たな埋め込みを実行することができる。これに代え、あるいはこれに加えて、将来の任意の時点においてインレーまたはオンレー材料について微調整の手術を実行することができる。別の選択肢として、インレーまたはオンレーを最初に所定の場所に配置し、次いでリアルタイム波面データを使用して、生体内でインレーまたはオンレーの閉ループリアルタイムアブレーションを実行することができる。臨床的には、これらの手法はすべて、本開示の機器によってもたらされるリアルタイムの正確な波面測定を通じて可能にされる可逆な処置をもたらす。処置の術内部分が、本開示の機器を使用したインレーまたはオンレーの正確な配置を通じて可能にされる。生体外での処置におけるさらなる臨床的な利点は、エネルギーが眼へともたらされることがなく、したがって術後ドライアイまたは他の術後合併症の発生が少なくなる点にある。
【０２２２】
図15が、動的波面操作装置が眼からの波面のいくつかの選択された収差成分をオフセットするために使用される別の態様の概略図を示している。光源モジュール1535、赤外撮像モジュール1583、内固定/視力投射モジュール1542、リアルタイム波面センサモジュール1528、電子制御および検出モジュール1532、ならびに表示モジュール1592が、図5に示した535、583、542、528、532、および592と同様の機能を果たす。光源1534と、平行レンズ1537と、ビーム指向要素1536とを備える光源モジュール1535が、細い光ビームを患者の眼1538の網膜へと向けるために使用される。すでに述べたように、これらのモジュールのうちのいくつかは、機器の機能に絶対に必要というわけではないことに、注意すべきである。図15においては、能動デフォーカスオフセット要素1505の他に、図15においては変形可能ミラー1552として示されている波面操作モジュール1550が追加されている。変形可能ミラー1552に加えてデフォーカスオフセット要素1505を備える理由は、一般的に言って、変形可能ミラーの行程が比較的小さく、したがってデフォーカスオフセット範囲が限られているからである。したがって、デフォーカスまたは球面屈折誤差のばらつきが種々の眼においてすべての波面収差のうちで最大であるため、変形可能ミラーのデフォーカスオフセット要素との組み合わせが、大きな現実的範囲にわたる波面の操作を達成可能にする。しかしながら、波面操作モジュール1550が充分に大きいダイナミックレンジを有する場合には、デフォーカスオフセット要素1505が不要であることに注意すべきである。したがって、デフォーカスオフセット要素1505は、図15に示した態様の機能に絶対に必要な要素ではない。
【０２２３】
図15に示した態様が、図5に示した内容の拡張であることに、注意すべきである。考え方は、リアルタイムの波面測定のフィードバックにもとづいていくつかの波面収差成分をオフセットすることで、残りの収差成分をよりはっきりと見えるようにすることにある。図15の態様と米国特許出願公開第20080278683号に開示の態様との間の相違は、波面操作モジュール1550が、オフセットをもたらすために光路に配置されている点にある。これまでの態様は、そのような要素について、補償または打ち消し機能にしか言及していない。本態様においては、補償または打ち消し機能に加えて、波面操作モジュール1550が、患者の眼からの波面の特定の収差成分だけの能動的オフセットまたは部分的補償ももたらす。能動的オフセットが、波面測定のリアルタイム表示および/またはフィードバックに従い、屈折の執刀医によって自由に使用され、あるいは組み込みのアルゴリズムによって制御される。本態様の一局面は、眼の収差のより良好かつより精密な測定を得ることができるよう、調節範囲の全体にわたる眼の調節の変化を伴い、あるいは伴わずに、特定の収差成分のオフセットを波面測定範囲内で走査することである。
【０２２４】
図15においては波面操作要素として変形可能ミラーが示されているが、透過型液晶にもとづく波面操作装置など、他の波面操作要素も使用できることに注意すべきである。透明な波面操作装置または矯正装置をリアルタイムの波面センサと組み合わせる1つの独特な利点は、実にコンパクトな適応光学系を実現できる点にある。
【０２２５】
波面操作要素の位置は、いくつかの選択された波面収差成分のオフセットという機能を果たす限りにおいて、光路に沿ったいずれの位置でもよい。実際、コンパクトな設計のためには、波面操作要素を他の光学要素と一緒に波面センサ1528の内部に設計することができる。そのようなリアルタイム適応光学シーケンシャル波面センサを、小さなフォームファクタにて製作することができ、したがって屈折の手術用の顕微鏡などの多数の光撮像または測定システムへと一体化させることができる。また、図15にはシーケンシャル波面センサ1528が示されているが、Hartmann-Shack、Talbot-Moire、Tscherning、レイトレーシング、位相ダイバーシティ、および干渉法による波面センサなど、他の種類の波面センサも、波面の測定をもたらすことができる限りにおいて使用可能であることに、注意すべきである。
【０２２６】
波面認識および制御の独立した形態は、局所波面操作装置からなる別途の光路が、戻りビームにおいて運ばれる局所スロープ変化の所定の測定を生み出すために、運ばれるビーム収差の軽減および再構成において別途の作用として戻りビームと相互作用する点で、本開示の装置の本質的な構成要素である。能動操作装置が、入力ビームの異符号に「一致」する局所的なビームの偏向または変形を導入することで、ビームが検出および測定されるときに元のビームの偏向を打ち消す。したがって、能動ビーム操作装置がビーム収差の性質を取得しており、各々の所定の可変の収差の能動的検出および分離を可能にする。これが、結果として、すべてまたは選択された既存の収差に対して特定の収差を導入し、あるいは打ち消す可能性をもたらす。したがって、この能動進行プロセスにおいて、決定性の動的波面検出システムは、評価対象の系の積極的な性能への既存の収差の相対的影響を尋ねるための基礎をもたらすことができる。能動局所波面操作装置は、収差の大域的および局所的の両面についての独立した動作の能力を有する。操作装置を、波面の不規則性の詳細な組成を能動的に評価しながら範囲測定能力を充分に向上させて提供するために、線形球面補償光学系と一緒に使用することができる。
【０２２７】
図15に示した本開示の機器は、リアルタイム波面測定結果をもたらすことができ、したがって高次収差を矯正することができる屈折矯正手術の術中最適化に使用することができる。例えば、将来において、IOLをコマなどの高次収差を矯正するように特注設計することができ、そのような場合において、そのようなIOLを眼に埋め込む必要があるときに、それを埋め込みの際に適切に位置させることが必要になると考えられる。図15に示した機器を、例えばデフォーカスをオフセットしながら乱視を補償するために使用することができる。結果として、コマなどの高次収差を、特定のデフォーカスオフセットにて2Dデータ点パターンにおいてより明瞭に表わすことができる。したがって、屈折の執刀医が、高次収差の矯正の最適化が保証されるように高次収差矯正IOLの位置を微調整することができる。低次収差をトーリックIOLを埋め込むことによって矯正しつつ、高次収差を角膜組織のレーザアブレーションによって矯正することが、必要になる場合があるかもしれない。この手法は、低次および高次の両方の眼収差を有する白内障患者にとって好都合となりうる。白内障手術の際に典型的に実行されるトーリックIOLによる低次収差の矯正により、高次収差だけを矯正するために除去すべき角膜組織材料は、すべての収差を角膜を削ることによって矯正する場合と比べ、はるかに少なくて済む。
【０２２８】
LASIK、SBK、LTK、IntraLasik、FlEXi Lasik、PRK、LASEK、RK、LRI、CRI、およびAKなどといった高次収差を矯正することができるすべての屈折矯正手術において、本開示の機器が好都合となりうる。これらの手術のために、いくつかの特定の波面収差成分についての情報を得ることができるように、波面を任意のサンプリングパターンにしたがってサンプリングすることができる。全波面をカバーすることができ、執刀医が慣れ親しんでおり、対処のやり方を有しているきわめて一般的な高次収差（HOA）であるコマなどのHOA成分を、臨床医にとって容易に理解可能なフォーマットで強調および表示することができる。実際、良好なセンタリングの状態のもとでの非対称な収差の測定、あるいは円または楕円または屈曲を有する線を辿らないデータ点の集まりは、他のHOA由来の影響の存在を意味すると考えられる。これらの非対称な状態の存在は、HOAが常に或る程度は存在すると考えられるがゆえに、例外ではなくて通常のはずである。これらの項を理解し、球面-円柱の状態から分離することは、実際の手術の限界の評価に役立つ。これらの項を除くことで、手術を適切に実行するやり方をより良好に理解することができる。これは、きわめて重要であり、本質的に本開示の機器を他のすべての現行の手法から離れたものにする。
【０２２９】
態様の一局面として、本開示の機器を、リアルタイムの波面測定フィードバックをもたらして、屈折の処置の最適化において屈折の執刀医をガイドするために、任意の屈折矯正手術用レーザシステムと組み合わせることができる。例えば、特定の高次収差が特定の配向を有する場合に、いくつかの収差をオフセットすることによって高次収差の配向依存性を強調し、リアルタイムの波面測定のフィードバックによって、他では検出されない眼の回転ねじれ移動または眼とレーザとの間の回転の整列ずれを検出することができ、配向を矯正および確認（術前の評価にもとづいて）することができる。別の例として、角膜屈折矯正手術（LASIKなど）の際に引き起こされる高次収差に起因して術後のコントラスト感度の低下が生じうることが知られている。この好ましくないマイナスの結果を最小限にするために、本開示の機器を、低次収差の途中までの補償においてリアルタイムの波面測定をもたらすことで、レーザアブレーションプロセスの最中に高次収差が生じるかどうかを明瞭に確認し、これらの高次収差を最小化することを屈折の執刀医にとって可能にするために使用することができる。
【０２３０】
本開示の機器を、他の眼科装置へと組み込み、あるいは他の眼科装置と組み合わせ、それらの機能を高めることができる。そのような機器を白内障屈折矯正手術を最適化するために外科用顕微鏡に組み込む他に、態様の別の局面として、同じ機器を、患者の眼のリアルタイム波面測定およびスリットランプ検査の両方をもたらすために、標準的なスリットランプと組み合わせることも可能である。
【０２３１】
例えば、白内障の事例の終わりにおいて手術室で外科用顕微鏡がIOLの埋め込み後の眼の最終的な波面測定も行なうと考える。残余の乱視が存在する場合、執刀医は、角膜輪部減張切開（LRI）または角膜減張切開（CRI）のいずれかを、リアルタイムの波面フィードバックによって乱視の所望の中和が達成されるまで切開を進めることによって、実行することができる。その後に、患者が再確認のために再び来院したときに、本開示のリアルタイム波面センサに組み合わせられたスリットランプで、同じ眼を再び測定することができる。次いで、システムが、外来測定からのデータを事例の終わりにおける手術室からの術後測定と比べ、時間につれての逆行を探すことができる。逆行にもとづき、執刀医が、手術室に戻り、あるいは外来でのスリットランプにおける「強化」処置を推奨することができる。外来での強化を、手術室で得ることができた同じリアルタイム波面センサのガイドのもとで行なうことができる。外来における強化処置の滴定は、良好な結果をもたらし、波面によってガイドされる角膜輪部減張切開術（LRI）または角膜減張切開術（CRI）ならびにさらなる円柱矯正のための基質内レンチキュールレーザ（Flexi）の医師ごとのデータベースをもたらす連続的なリアルタイムフィードバックのもとであってよい。
【０２３２】
別の例示的な態様は、リアルタイム波面センサ、リアルタイムビデオカメラ、およびコンピュータ、ならびにコンピュータに接続された表示装置を備える。コンピュータが、記録された波面データおよび記録された眼のビデオムービーの両方の同期されたデータの処理、記録、表示、および再生を可能にするとともに、得られた装置のデータをユーザによって選択される形態、フォーマット、伝達関数、アプリケーション、表現、出力、およびまたはアルゴリズムへと操作する自由を提供するように構成される。
【０２３３】
別の例示的な態様は、リアルタイム波面センサ、リアルタイムビデオカメラ、およびコンピュータ、ならびにコンピュータに接続された表示装置を備える。コンピュータが、記録された波面データおよび眼の記録されたビデオムービーの両方について、同期されたデータの処理、記録、表示、および再生を可能にするように構成される。さらにコンピュータは、波面の選択された非平面波の波面収差成分だけをオフセットすることで、波面の一部分の残りの非平面波の収差成分をより効率的に検出できるようにするために、制御可能な波面オフセット要素505へと接続され、かつ制御する。
【０２３４】
上述の態様を、さまざまな用途に使用することができる。例えば、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、および/またはIOLなどのレンズの屈折力を測定および微調整するために、レンズ測定器において使用することができる。本発明の教示を取り入れる種々の態様を、本明細書において詳しく示して説明したが、当業者であれば、それらの教示を依然として取り入れている多数の他の変更された態様を、容易に考え出すことができる。さらに、例えば本発明の機器に関連して述べられる特徴、態様、および従属請求項などの実施は、本発明の方法にも当てはまり、その逆も然りである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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