(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の光学的特性を測定するための装置であって、
放射源、該放射源から放出される放射を参照アームと放射測定アームに分割するビームスプリッター、前記物体に前記放射測定アームを向ける手段、および前記物体から反射される放射をＯＣＴ解析のために検出する検出器を有する光干渉断層撮影装置と、
波面解析のために放射を測定する検出器を有する波面センサーを含み、
前記波面解析のための検出器は、前記物体によって生成される波面収差を測定するために、前記物体からの放射を受けるように設置され、さらに前記ビームスプリッターは、前記物体からの放射と前記参照アームからの放射を前記波面解析のための検出器と前記ＯＣＴ解析のための検出器に向けるように設置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記波面センサー及び前記光干渉断層撮影装置は、共通の放射源を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記波面センサーは、前記光干渉断層撮影装置の前記放射測定アームを物体に向ける手段と少なくとも部分的に同一である、放射を物体に向ける手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記共通の放射源が光干渉断層撮影に適応された広帯域レーザーまたは広帯域ＬＥＤまたはスーパールミネセントダイオードまたはスーパーコンティニューム源であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記物体が目であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記波面センサーがチェルニング収差計であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記波面センサーがシャックハルトマンセンサーであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記波面センサーが曲率センサーであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記波面センサーがデジタル波面カメラであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光干渉断層撮影装置は、トポグラフィー測定または長さ測定に適応されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記波面センサーおよび前記光干渉断層撮影装置が部分的に同一の光線束を利用することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
物体の光学的特性を測定するための方法であって、
放射源および該放射源から放出される放射を参照アームと放射測定アームに分割するビームスプリッターを有する光干渉断層撮影装置を設け、前記放射源から放出される放射を、前記放射測定アームを通じて前記物体に向け、前記物体から反射される放射を検出器によって検出する工程、
前記反射される放射についてＯＣＴ解析を行う工程、
検出器を有する波面センサーを設け、該波面センサーの検出器によって前記物体からの放射を測定する工程、
前記波面センサーの検出器によって検出された放射を用いて、前記物体によって生成される波面収差を測定する工程を含み、
さらに前記ビームスプリッターは、前記物体からの放射と前記参照アームからの放射を前記波面センサーの検出器と前記光干渉断層撮影装置の検出器に向けるように設置されていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記波面センサー及び前記光干渉断層撮影装置は、共通の放射源を有するものであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記波面センサーの前記放射および前記光干渉断層撮影装置の前記放射は、少なくとも部分的に同一である手段を通じて物体に向けられることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記物体が目であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記波面センサーがチェルニング収差計であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記波面センサーがシャックハルトマンセンサーであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記波面センサーが曲率センサーであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記波面センサーがデジタル波面センサーであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記波面センサーがデジタル波面カメラであことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記波面センサーおよび前記光干渉断層撮影装置が部分的に同一の光線束を利用することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の光学的特性を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の適用においては、特に人間の目が測定される物体として考慮される。以下では、目の光学的特性の測定に関連して本発明が説明される。
【０００３】
目の光学的特性の測定は、屈折力手術、すなわち視覚障害を治療または軽減するために目への外科的介入を行って屈折力を変更するために必須である。この種の、広く知られた眼科的介入にレーシックがある。レーシックの場合、目の結像特性を改善するために、標的を定めてレーザー放射を行うことで角膜組織が切除される。患者の視力を改善するために必要な組織の切除形状は、いわゆるレイトレーシングによって良好な結果を伴って定めることができることが明らかになっている。レイトレーシング、すなわち目を通過する光線路の数学的逆追跡の場合、最適な切除プロファイル、すなわち角膜組織切除の事前設定は、光線の軌跡の最適化によって計算される。このためには、目に関する広範囲の測定値が必要である。屈折力手術後の患者の視力において良好な結果を得るには、特に波面、角膜の外表面および内表面のトポグラフィー、レンズの外表面および内表面のトポグラフィー、目の中の光路長から構成されるパラメーターを決定する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、物体、特に目の光学的特性を、迅速かつ包括的に測定することができる装置を利用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のため、本発明は、波面センサーおよび光干渉断層撮影装置が統合された装置を提供する。本発明における「光干渉断層撮影装置」とは、光干渉断層撮影のための装置として理解されるものである。
【０００６】
波面センサーは現状の技術において知られており、特に、チェルニングの原理、シャックハルトマンの原理、曲率センサーの原理に従って作動するものが知られている。
【０００７】
また、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）のための器械も知られており、異なる複数の方法でＯＣＴを実施することが可能である。特に、タイムドメインＯＣＴと周波数ドメインＯＣＴが区別される。
【０００８】
特に本発明の基礎となる発見は、波面センサーおよび光干渉断層撮影装置が非常に有利になるように組み合わせられるということである。これによって、波面測定と光干渉断層撮影の両方のための器械の構成要素を共通して利用することができるだけでなく、同時に、異なる測定システムを患者に突きつけることなく、非常に迅速に、高い精度で、上記したレイトレーシングに必要な複数のパラメーターを決定することができる。ＯＣＴを用いれば、特に、目の表面上および目の内部で長さの測定を行うことができる。
【０００９】
さらに、本発明の基礎となる発見は、上記の波面測定および光干渉断層撮影の統合によって、測定する物体の、相互に最適に補足し合う複数の光学的パラメーターを、特に前述のレイトレーシングのために得られることである。レイトレーシングのために必要な決定要素の全ては、実質上１回の測定手順によって決定することができる。本発明における「測定」とは、大きさの定量的測定および相対的測定の両方を含む。
【００１０】
本発明は、波面センサーおよび光干渉断層撮影装置の両方のために、一つの共通の放射源を使用することを可能にする。
【００１１】
本発明の別の例では、装置の光学的構成要素が波面センサーの放射束と光干渉断層撮影装置の放射束の両方に対して使用される。これによって器械の複雑さが低減されるだけでなく、配置が容易になり、測定の精度とともに、双方のシステムで得られた測定結果の互換性が高められる。
【００１２】
共通の放射源として、光干渉断層撮影に適した広帯域レーザー、広帯域ＬＥＤまたはスーパールミネセントダイオードが使用されることが好ましい。
【００１３】
以下では、本発明の実施態様が、図を基にしてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】チェルニングの原理による波面センサーを説明する概略図である。
【図２】チェルニングの原理による波面センサーと光干渉断層撮影のための装置が統合された装置を示す図である。
【図３】図２の装置の、２つの検出システムを有する変更例を示す図である。
【図４】シャックハルトマンの原理による波面センサーを説明する概略図である。
【図５】シャックハルトマンの原理による波面センサーと光干渉断層撮影のための装置が統合された装置を示す図である。
【図６】曲率センサーの原理による波面センサーと光干渉断層撮影のための装置が統合された装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
チェルニングの原理による波面センサーは、当業者によく知られている。図１のように、そのような波面センサーを用いて、目１０によって構成される光学システム全体の光学的特性を測定することができる。これについては、通常、レーザー１２’によって生成された放射１４’がアパーチャマスク１６を通じて複数の部分ビームに分割され、これが目１０に平行に当たり、目の網膜２０に、部分ビームに対応する個別の複数の点の形で像２４を生成する。この工程中で、放射はビームスプリッター１８’を通過する。このビームスプリッターの表面で反射され、その先使用されることのない放射はビームトラップ２２に到達する。
【００１６】
網膜２０上に複数の点からなる模様の形で生成された像は、目１０から来る放射２５に含まれており、ビームスプリッター１８を介して（図１の放射２６’）、また結像光学素子２８を通ってカメラ３０’に投影される。個別の点の、設定された位置からの偏向を用いて、既知の方法によって目の光学的結像誤差を測定することができる。
【００１７】
図２は、本発明に従って、図１の波面センサーに光干渉断層撮影装置を統合したものを示す。ＯＣＴを実施することが可能なように設計された、広帯域スペクトルのレーザー源が放射源の役割を果たす。ビームスプリッター１８によって、ＯＣＴに必要な参照ビームが部分ビーム（図２では上向きに偏向されている）の形で生成される。部分ビームは、目から出てくるビームの直径まで拡大される。ＯＣＴがタイムドメイン法によって実施される場合、参照ビームの光路長は変更されなければならない。これは、例えば、逆反射装置３２の制御された機械的動作によって、または例えば回転するプリズムや鏡などの経路長変更装置を用いて行うことができる。
【００１８】
目１０から来る放射２５は、ビームスプリッター１８を介して、図２では下向き、すなわち矢印２６の向きに偏向され、また光学素子２８を通って検出器３０に到達する。逆反射装置３２から来るビームもビームスプリッター１８を通り、参照ビームとして検出器３０に到達する。検出システム３０の内部で参照ビームと目から来る測定ビームが重畳される。参照ビームはバックグラウンドを生成し、目から来る反射ビームはこのバックグラウンド上に重畳される。参照ビームおよび反射ビームが非干渉性であれば、検出器３０内で生成された像は従来の方法で評価可能である。参照ビームと反射ビームの光路長の差がごく小さい場合、重畳ビームは可干渉性であり、検出器内で干渉現象が発生し、これはＯＣＴのための既知の方法によって評価される。
【００１９】
同様に、本発明のこの実施態様においては、上記の目１０から来る複数の点からなる模様を検出器３０によって記録することができ、また、目によって構成される光学システムによって生成される波面収差を測定するために、チェルニングの原理に従って、既知の方法で評価することができる。
【００２０】
検出器３０としては、この用途のための既知のカメラを使用することができるが、測定時間を短くするためには、複数の高速カメラ、それぞれ前置増幅器を割り当てられた複数の光ダイオード、または他の複数の検出器配列など複数の高速検出器を設けるべきである。
【００２１】
ＯＣＴが、いわゆるフーリエ領域法に従って実施される場合、このための複数の検出器配列は分散的構成要素（プリズム、回折格子）と組み合わせて使用することができる。
【００２２】
図３は検出器３０に加えて高速検出器４０を使用する、図２の装置の変更例を示す。ビームスプリッター３６は、目から来る放射２５から１つの部分ビームにカプラ接続し、この部分ビームは光学素子３８を通ってＯＣＴを実施するために高速検出器４０に到達する。ビームスプリッターの代わりに折りたたみ式の鏡を設けてもよい。一つは波面収差の決定のための、もう一つはＯＣＴのための異なる検出器を用いることで、２次元の高い局所分解能を得ることができ、標的を定めて波面収差の測定ができる。また、光干渉断層撮影のためには、この目的に適する検出器を用いて信号の迅速な評価を行うことが可能となる。
【００２３】
図４はシャックハルトマンの原理によって作動する波面センサーを概略的に示す。すべての図において、相互に対応する、または機能的に類似している構成要素は同じ符号を用いて示されている。シャックハルトマンの原理の場合、目１０の網膜２０は、レーザー１２’からの点状のレーザービーム１４’によって照明される。網膜２０上で散乱された光は、明らかにより幅広い放射束の形で目１０から出てくる。この放射束４２は、ビームスプリッター１８によって図４で下向き（矢印４４）に偏向され、その後レンズ配列４６を通して複数の部分ビームに分けられ、それらの部分ビームはＣＣＤ検出器５０上に集められる。像は複数の点からなる模様となる。収差のない波面の場合、設定された複数の点からなる模様が検出器上に現れる。実際の目が測定された場合、概して像の複数の点は、設定された複数の点からなる模様と厳密に同じ位置にあるわけではない。結像された複数の点の、設定された複数の点からの偏向を用いて、既知の方法によって波面の曲率が決定され、これによって目の光学的特性が推定される。
【００２４】
図５は、図４の波面センサーと光干渉断層撮影装置を結合させたものを示す。この目的で、広帯域スペクトルのレーザー放射源１２が、波面センサーおよび光干渉断層撮影装置のための共通の放射源として利用される。ＯＣＴのために必要な参照ビームはビームスプリッター１８によって生成される（図５の符号５４）。逆反射装置３２は、反射する参照ビームの幅を広げる。下記でより詳細に説明される鏡の配列、または変形可能な鏡５６が参照ビームのビーム路に設置される。
【００２５】
図２および図３の実施態様の場合、例えば経路長変更装置３４または逆反射装置３２の機械的動作（タイムドメインの場合）によって経路長の変更を行うことができる。
【００２６】
レンズ配列４６は、目から来る放射５８を分割し、検出器５０中に複数の個別の点を生成する。ＯＣＴに必要な参照ビームは平面波面から発生するため、検出器の他の点にぶつかり、ビーム同士で干渉は起こらない。干渉を可能にするために、前述の鏡の配列または変形可能な鏡５６が設けられる。例えば、個別にアドレス指定可能な個別の鏡からなる配列の形に組み立てられた鏡（ＭＥＭＳ）、または放射を制御することができる変形可能な鏡が知られている。鏡の配列または変形可能な鏡５６は、干渉に必要な測定ビームおよび参照ビームの重畳が検出器５０で行われるように制御されている。
【００２７】
上記の図３の実施態様に対応して、図５の装置の場合でも、ビームスプリッター３６によって部分ビームを第２の検出システム５０’に向けることができる。ここで、検出システムとしては前述の複数の検出器も考慮に入れられる。
【００２８】
図６は、波面センサーとして既知の曲率センサーの原理が用いられた変更例を示す。ここでは（上記の実施態様と同様に）ＬＥＤまたはＳＬＤ（スーパールミネセントダイオード）を放射源として用いることができる。平行光のビーム１４が生成され、網膜に導かれる。網膜で逆散乱された光は、より幅広い放射束の形で目から出る。示された曲率センサーの実施態様では、放射束は集束光学素子２８を通過した後にビームスプリッター６０に当たる。ビームスプリッター６０を透過する光はカメラの検出装置に直接当たる。ビームスプリッター６０で反射された光は、鏡６２上でさらに偏向され、したがってより長い光路を通り、時間的にずれてカメラの検出器に向けられる。ビームスプリッター６０を透過する放射の光路は、集束光学素子の背面焦点距離よりも短いことが好ましい。鏡６２を介して偏向される、放射の反射される部分は光路長が背面焦点距離よりも長いことが好ましいため、図６にもそのように概略的に示されている。波面は、記録された２つの強度の２点間コントラストから既知の方法で決定することができる。さらに、図６は、すでに上記で説明した、逆反射装置３２および参照ビーム（参照アームとも呼ばれる）の経路長変更装置３４からなる構成要素を用いた光干渉断層撮影装置を示す。この実施態様では、広帯域レーザー１２がＯＣＴのための放射源の役割を果たす。ビームスプリッター６４が目１０から来る放射から部分放射６８をカプラ接続し、これらの部分放射は光学素子７２を通してＯＣＴのために高速検出器７０に投影される。上記の例と同様に、この実施態様においてもＯＣＴにはタイムドメイン法が利用され、他の実施態様について上記で説明した変更は、本実施態様においても同様に行うことができる。
【００２９】
記載した装置を用いて行うことができる、物体の光学的特性の測定は、目の屈折力手術だけのために行われるものではなく、眼内レンズのための計算、白内障の診断、眼底検査および屈折率測定器の構築のために行うことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    目
１２’  レーザー
１２    放射源（広帯域）
１４    放出されたビーム
１６    アパーチャマスク
１８    ビームスプリッター
２０    網膜
２２    ビームトラップ
２４    像
２５    放射（測定アーム）
２６    放射
２８    光学素子
３０’  カメラ
３０    検出器
３２    逆反射装置
３４    経路長変更装置
３６    ビームスプリッター
３８    光学素子
４０    高速検出器
４２    放射
４４    放射
４６    レンズ配列
４６’  レンズ配列
５０    ＣＣＤ検出器
５２    点の像
５４    放射
５６    鏡の配列／変形可能な鏡
５８    放射
６０    ビームスプリッター
６２    鏡
６４    ビームスプリッター
６６    放射
６８    放射
７０    高速検出器／ＯＣＴ
７２    光学素子
【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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