(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目の収差屈折を測定するための測定装置であって、
目への通路に沿った探査ビームを発生する偏光光源（１）と、
テレスコピック・エクスパンダ・レンズ（２、３）と、
焦点Ｆ６に入口瞳孔を持ち、焦点Ｆ６’に出口瞳孔を持つテレスコピック・ナロワ・レンズ（５、６）から成るテレスコピック系と、
ある領域で分離された２つの単一座標デフレクターからなる２座標デフレクター（４）と、
屈折制御ユニット（２４）と、
絞り（ＡＳ）と、
視野絞り（７）と、
平行用レンズ（８）と、
目の網膜から反射した光を受けるために機能的に配置された対物レンズ（１８）を備えた位置感知光検出器（１９）と、
平行用レンズ（８）と、目との間の目への径路に沿って配置された干渉偏光ビームスプリッター（９）と、
前記位置感知光検出器（１９）の位置感知表面と、
前記網膜によって散乱させられた光の径路内の目との間で前記干渉偏光ビームスプリッターの後方に位置する目の網膜に対する補正をするように調整可能な多焦点群のレンズ（１０、１１）から成る多焦点非正視補償器と、
前記位置感知検出器の位置感知表面と目との間で前記干渉偏光ビームスプリッター（９）の前方に位置する多焦点群のレンズ（１６，１７）から成る目の調節コントローラと、
コンピュータ（２４）を有するデータ処理および表示ユニットと、
から構成される、目の収差屈折を測定するための測定装置において、
前記テレスコピック系は、該テレスコピック系の前記入口瞳孔焦点（Ｆ５）の一致に対応する距離で前記２座標デフレクター後方の前記探査ビーム路内、および前記２座標デフレクターの２つの単一座標デフレクターの間の領域内に配置され、前記絞りは前記テレスコピック系レンズ間でそれらの焦点Ｆ６とＦ５’との一致点に配置され、前記視野絞りは前記テレスコピック系の出口瞳孔（Ｆ６’）の面内でしかも前記平行用レンズの前焦点（Ｆ８）の場所に配置されるようにして成る、目の収差屈折を測定するための測定装置。
【請求項２】
前記探査ビームを発生するように、レーザーおよびまたは赤外線光源を備える、請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記探査ビームを発生する光源は、偏光またはレーザー光探査ビームからなり、前記探査ビームが前記干渉偏光ビームスプリッターによりある方向に向けられており、さらに網膜から前記光検出器に逆向きに散乱されるときに非偏光だけを通す、請求項１または２のいずれかに記載の測定装置。
【請求項４】
光路内へまた光路外へ移動可能な光学軸曲げミラー（３９）と、
試験パターンを有する注視固定プレート（２０）と、
を備え、
前記光学軸曲げミラー（３９）と、前記注視固定プレート（２０）とが、前記位置感知光検出器（１９）に光学的に結合され、この位置感知光検出器（１９）と対物レンズ（１８）との間に配置され、目に見える試験パターンの像を、前記目の調節コントローラによって可変選択される調節に対応する距離に位置させる請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
探査レーザービーム路に沿って目の前方に位置する１つまた１つ以上の点光源（１４）と、
網膜の標準特性を測定するために前記探査レーザービーム路の内外へ可動であり、目の収差屈折を測定する前に前記探査レーザービーム路から外される光学軸曲げミラー（１３）と、
角膜シミュレーター（３４）と、硝子液シミュレーター（３５）と、光学軸方向に移動可能であるかまたは固定の網膜シミュレーター（３６）とを備えた光学較正ユニットであって、多焦点レンズ（１１）と、目との間において前記探査レーザービーム路内に前記光学軸曲げミラー（１３）が位置し、かつ前記光学軸曲げミラー（１３）が、前記光学較正ユニットに前記探査レーザービーム路を光学的にリンクして成る光学較正ユニットと、
とを備えた請求項３または４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
前記光学軸曲げミラー（１３）が、目の収差屈折を測定するときに、探査レーザービーム路から除く必要がないように、光の選択的透過を許容するオプティカルコーティングを備えた請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記測定装置と目との位置合わせを確認するためのビューイングチャンネルを備えた請求項３ないし６のいずれか１つに記載の測定装置において、
前記ビューイングチャンネルは、
目の前に配置した１つまたは１つ以上の点光源（１４）と、
レンズ（２５、２７）と、ミラー（２６）と、ビームスプリッター（２８）と、座標グリッドを持つプレート（２９）と、１群のレンズ（３０）とから成る対物レンズを備えた顕微鏡と、
前記測定装置の光学軸と、患者の目の視軸とが一致するときに、接眼鏡の特徴の測定を可能にする信号を発生する目の像を表示するのに役立つＴＶまたは光電子光検出器（３２）と、
網膜収差を測定するための光電装置（１６−１９）を持つ光学軸であって光線追跡チャンネル（１−１１）から成る光軸と前記顕微鏡の光軸とを一直線にする開口を備えたミラー（１２）と、
を備えて成る測定装置。
【請求項８】
前記ビューイングチャンネルは、これに電子的にリンクされたコンピュータまたは電子回路を介して自動許容信号を発生すると共に、前記自動許容信号を認識するプログラムを包含し、プリセットを達成するときに直接接眼レンズ特性の測定を指導し、または自動許容信号に従ってアライメントの規準を引き出すようにする請求項７に記載の測定装置。
【請求項９】
前記点光源が、レーザーおよび／または赤外放射源を備えた請求項７または８のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１０】
前記光検出器が、象限光検出器か、直交配置の直線アレー光検出器であるか、ＸＹマトリックス光検出器かまたはＣＣＤ検出器である請求項１ないし９のいずれか１つに記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本願は１９９８年１０月７日に出願されたウクライナ出願第９８１０５２８６号に基づく優先権を主張する一部継続出願である。
【０００２】
【技術分野】
本発明は眼科医療機器に関し、特に、本発明は瞳孔の空間座標の機能として目の屈折を測定するための装置に関する。
【０００３】
【発明の背景】
瞳孔の空間座標による目の光学系の屈折構成要素の研究用測定装置が公知である。これらの装置には、波収差を測定するためのM. S. Smimovの装置［１］、横収差を測定するためのVan den Brinkの装置［２］、生理学的乱視（非点収差）を測定するためのM. M. Sergienkoの装置［３］、及び立体解像屈折計［４］がある。Scheinerの原理に基づく上記装置は多数の光学技術を利用する上で各ポイント毎での調査が含まれている。しかしながら、そのような装置を使用する際には、予め目の位置合わせや収差測定への患者の直接参加が必要である。
【０００４】
上記測定装置の主な欠点はその低い精度及び生産性、患者の疲労をもたらす長い測定プロセス、調節のばらつき、及び測定中の目の動きであり、これらにより収差測定エラーが増大する。
【０００５】
患者が「測定チェーン」の環として作用する必要がない、より進歩した測定装置が公知である。これらの装置には、Foucaultのナイフ法による収差を測定するための装置［５］、Hartmann Shackセンサーを使用する波収差を測定するための装置［６〜８］、及び完全な補償によって波収差を測定可能にする適応光学器具内蔵測定装置［７］がある。
【０００６】
Hartmann Shackセンサーを内蔵する測定装置の一般的な欠点は、レンズラスターの機械的剛性構造及び電荷結合素子、すなわち「ＣＣＤ」カメラの感光素子の一定の相互立体配置のために、横収差のラスタ−光電分析装置の視野が固定されていることである。これにより収差が測定される瞳孔面のグリッドサイトが固定された構成となり、その収差特性により瞳孔の別個の領域でさらに詳細に測定するためのグリッドサイトを柔軟に再構成することが不可能になる。
【０００７】
現在の装置の他の欠点は、患者の目を測定装置の空間座標に正確に再現性よく「リンク」させる手段を備えていない、収差の調節特性への依存性を研究するために必要な患者の目の適応を調節する手段を備えていない、薬を使用せずに瞳孔を広げて測定することができないことを含む。
【０００８】
米国特許第５，２５８，７９１号に開示されているように、屈折は空間解像対象自動屈折計を使用しても測定可能である［１０］。この装置は、基準パターンと測定ビームを備えた閉鎖測定ループを使用して立体解像屈折データを提供する。この装置では、検出器の座標の原点が脳膜中心窩像の中心と一致し、検出器はゼロ位置センサーとして機能する。
【０００９】
米国特許第５，２５８，７９１号に開示されている、好ましくはレーザー光トレースを使用する空間解像対象自動屈折計には、以下の基本的な補助機能の性能に関する多数の実質的な問題がある。すなわち、目の視軸に対する装置の光学軸の予備的な位置合わせ；患者の目の調節モニタリング；屈折を測定する瞳孔内の各点の配分；及び患者の眼内へのレーザービーム入射角の測定等の問題である。上記基本的な補助機能に対するそれぞれの上記欠点は米国特許第５，２５８，７９１号に開示されている装置に固有のものである。
【００１０】
目の視軸に対する先行技術装置の光学軸の予備的位置合わせは、少なくとも以下の理由から問題がある。すなわち、第一に、目の視軸は瞳孔の幾何学的中心と網膜の中心窩を通る直線であると考えられる。しかし、開いている瞳孔と角膜及び水晶体の光学軸の位置合わせ不良により瞳孔の幾何学的中心が視軸と常に一致するとは限らないことが知られている。さらに、瞳孔は対称ではありえない。
【００１１】
第二に、位置合わせが患者の焦点注視に依存する先行技術装置では、患者の注視が固定される部位の位置変化が患者の目の角運動となり、この動きが事前の位置合わせを狂わせることになる。その結果、中心線が通る双方の部位（瞳孔と網膜上）は一定の配置を取らない。
【００１２】
第三に、非正視補償のない装置の焦点を、正視の目あるいは正常な目でのみ明確に見ることができる。患者の目が非正視であれば、そのような装置は幅が非正視で広がる散乱レーザービームスポットを見ることになる。そのような条件の下では、ある方向に正確に注視が固定できず、これが正確な位置合わせを妨げる別の要因となる。先行技術の屈折計の別の欠点は、網膜中心窩と光検出器の感光面が正視の目又は正常な目の場合にだけレンズで光学的に結合されることである。非正視の目の場合には、上記光電検出器の表面に対する中心窩像の心ずれ又はピンぼけが補償不能の屈折測定エラーを引き起す。本発明はこれを補償するために設計されている。
【００１３】
第四に、十分に明るいレーザー輻射線は、目がその瞳孔を反射的に狭め始める程度まで網膜中心窩を刺激することができる。従って、目のセンタリング手順を行なう前に、毛様体筋を麻痺させる薬が必要になる可能性があり、これによりその正常な自然状態と比較して目の屈折特性が変化する。
【００１４】
患者の目の調節モニタリングの必要性が先行技術装置では満たされていなかった。その結果として、患者の目はどの距離でも調節されることになる。目の屈折特性が調節距離に左右されることは公知である。その調節は操作者には知られていないため、屈折マップと目の調節を相互関連させることは不可能である。空間解像屈折計には患者の目の調節に合わせる装置を備えることが好ましいことが本出願人に明らかになった。
【００１５】
電気機械アクチュエ−タを使用する先行技術装置は、瞳孔の高速走査を保証する可能性と目の屈折測定プロセスの継続時間を短縮する可能性をかなり低下させる。
【００１６】
レーザーターゲットを制御するためにディスク又は可動アパーチャーベアリング平面を使用する先行技術装置では、レーザービームがその平面と交差する領域の小さな部分だけをそのアパーチャーが占めている。従って、瞳孔上の一つの屈折測定領域の面積対全体の瞳孔面積の比率に等しいレーザービームのその部分だけがそのアパーチャーを通る。そのようなぼかしのレーザービームは、結果としてレーザー輻射線の不経済な使用になり、そのような設計の主な欠点と考える必要がある。
【００１７】
瞳孔の必要な測定領域と網膜中心窩の中心に交差するレーザービームの入射角の測定における欠点は、配置が高屈折測定速度を十分に伴わないためにゼロセンサー（網膜上のライトスポットの中心と中心窩の中心との不一致のセンサー）として光検出器を、そしてレーザービーム角度‐位置装置のサーボシステムのフィードバックループにおけるアクチュエータとしての聴覚‐視覚デフレクターを使用する設計に固有のものである。そのような設計では、瞳孔の１０個の測定部位での屈折測定時間は１分以内である。この時間では患者の目は自然の震え、「ジャンプ」及び移動により１００回まで動き、その角度位置を変えることが可能である。
【００１８】
系統的な計器エラーが従来の収差屈折計を悩ませた。網膜上のライトスポット内での不規則な発光分布、表面光電検出器両端の異なった光電感度、その光電検出器素子に接続されたプリアンプの利得の時間不安定性、抑えられないまぶしい光と背景照明の存在のために、光電検出器は系統的エラーを持たずに中心窩のライトスポットの「ゼロ」位置を位置決めしない。さらに、それ自体の収差の結果として眼光痕跡を備える光学系は、角収差をレーザービーム位置に与える。本発明はそのようなエラーを補償し、それにより屈折測定精度を上げる構造素子を内蔵している。
【００１９】
必要とされるものは以下の目標が達成可能な改良された電気光学光線トレース収差屈折計である。すなわち、瞳孔内及び瞳孔に対する各測定点の割り振りの柔軟性、及び絞り部でのレーザービームぼかしの低下によるレーザー使用効率の向上；瞳孔全体に対する屈折測定時間の約１０〜２０ミリ秒への短縮；非正視眼の場合でも、また所定距離での調節モニタリングの場合でも光検出器の感光面を網膜中心窩と確実に光学的につなぐこと；収差屈折測定時の計器エラーの低下；患者の目に対する計器の位置合わせの精度と解像性の向上；患者の目と装置構成要素間の動作距離の位置決め及び制御性の自動化可能性；及び医療的に瞳孔を広げずに計器の位置合わせを可能にすることである。
【００２０】
【発明の概要】
本発明の目的は、目の収差屈折を測定する改良されたレーザー装置を提供することである。この収差屈折計により非正視、乱視特性及び視力の評価が可能となり、必要ならば光屈折角膜切除（１１）によって除去する角膜の一部の計算が可能となる。
【００２１】
好ましい実施態様においては、収差屈折計が、光輻射源、好ましくはレーザー光又はその他の偏光と；伸縮系と；２つの単一座標デフレクターからなる２座標デフレクターと；屈折角制御ユニットと；絞りと；視野絞りと；平行用レンズと；干渉偏光ビームスプリッターと；対物レンズを備えた位置感受性の光検出器と；コンピュータ、アナログ‐ディジタル変換器及びプリアンプからなるデータ処理及び表示ユニットとから構成されている。干渉ビームスプリッターと組み合わせてレーザー又は偏光を探針探査用ビームとして使用すると、偏光と網膜から反射した非偏光との区別が可能となり、光検出器により偏光が検出されることが防止される。
【００２２】
本発明の計器は屈折を測定するために必要な時間を短縮し、開口絞りでの光ビームエネルギー損失を無くし、以下のようにすることによって測定部位を瞳孔上に配置させる柔軟な系を形成することができる。すなわち、伸縮系が、２座標デフレクターの後方で、伸縮系の入口瞳孔及び単一座標デフレクター間の間隙又は領域の一致に対応する距離で探査ビーム路に配置される、開口絞りが焦点の一致する部位で伸縮系レンズ間に配置され、視野絞り又はダイヤフラムがこの伸縮系の出口瞳孔の面内に、同時に、干渉偏光ビームスプリッターの前方で、平行用レンズの焦点距離に略等しい患者の目からの距離に位置する平行用レンズの焦点の場所に配置される。
【００２３】
光検出器の感光面と、正視及び非正視の目双方の瞳孔の一定した光学的つながりを保証するため、種々の光学パワーのレンズ群が干渉偏光ビームスプリッターと目の間に取り付けられ、前記レンズ群は目の正視又は非正視条件に関わらず非正視の目の網膜像を無限大に調整可能に形成する機能を有している。光検出器の感光面は対物レンズの焦点面と共役する。この対物レンズは、瞳孔により散乱された光路に干渉偏光スプリッターに続いて挿入される。
【００２４】
この計器の光学軸に沿って患者の視線の固定を行なうため、そして患者の目を検出器の感光面と一定の光学共役を達成しながら、必要な距離で目の調節を補償するために、第二ビームスプリッター又は光学軸回転ミラー、及び注視固定試験パターン又は視野固定用試験ターゲットを備えたプレートが、光検出器の感光面と光学的に結合され、光検出器と対物レンズ間に配置される。可変のマイナス光学パワーを有し、予め設定された調節に対応する距離に試験ターゲットの患者の目の像を形成する機能を果たす第二光学レンズ群は、上記第二ビームスプリッター又は光学軸回転ミラーと干渉偏光ビームスプリッターとの間に配置される。
【００２５】
一つの実施態様では、系統的な屈折測定エラーを説明するために、探査レーザービームの光学軸を曲げるか、あるいは向きを変えるための第二ミラーが、患者の目に入る前で、最後の光学素子後方のレーザービーム路内に挿入される。この第二ミラーに続いて、目をシミュレートする光学検定ユニットが挿入される。この光学検定ユニットには、光学特性がヒトの網膜の光学特性と同等の軸方向に可動あるいは固定の網膜シミュレーターがある。上記第二光学軸曲げミラーは、光学検定ユニットでの測定時に探査レーザービーム路内に移動できるように稼動ベースに取り付けられ、患者の目の屈折測定時に外される。
【００２６】
患者の目に対して計器を位置合わせするため、そして精度を上げ、位置合わせプロセスの自動化を可能にするために、この計器には、計器と患者の目の目位置合わせ確認用のチャンネルを挿入する第三ビームスプリッターが設けられている。好ましい実施態様では、この同軸確認チャンネルは１つ以上の光源部位、及び瞳孔及び／又は目の像を表示するとともに、計器の光学軸が患者の目の視軸と一致した場合に目の特性を測定する許容チャンネルを提供するテレビ又は光電検出装置を備えている。薬を使用して瞳孔を広げずに計器が使用できるように、レーザー輻射線源及び赤外線光源が同軸確認位置合わせ機構に組み込まれる。日中又は夜の光の条件をシミュレートする条件の下で屈折測定を行なうために計器を使用できるか検討される。
【００２７】
別の実施態様では、位置合わせ確認は装置の操作者の制御の下で行なわれるかあるいは自動化可能かがさらに検討される。１つの実施態様においては、同軸確認チャンネルは、計器光学軸と患者の視軸間の一致が「目標」状態に近似しているか又は近いかの視覚的にか聴覚的で知らせる。この状態になれば、計器は電気的に「準備完了」となる。一致が完全になされると、測定コントローラーは立体精細平行光ビーム、好ましくはレーザービームを迅速に自動的に発生させ、入力チャンネルを介して目に入る。網膜から反射する光は、立体的で強度特性用の網膜スポット検出チャンネルに向けられる。このプロセスは、患者が目標設定及び位置合わせプロセスに積極的に参加する必要もなく、少なくとも５個の反復測定を６５ヶ所の空間場所で１５ミリ秒以内で完了できる向上を可能にする。
【００２８】
特徴や利点を備える本発明をより完全に理解するため、本発明の詳細な説明を図面に沿ってここで行なう。
【００２９】
【発明の詳細な開示】
本発明の種々の実施態様の利用が以下詳細に考察されているが、種々特定の関連の中で使用できる応用可能な発明概念を本発明が提供していることが理解されるはずである。本書で考察される特定の実施態様は、この発明の具体的な製造及び使用方法を例示するに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３０】
本書で説明される計器（装置）は、調節エラーなしで正視又は非正視の目の屈折マップを高精度にしかも迅速に提供できる収差屈折計を提供するために開発された。図１はその課題の計器の１つの好ましい実施態様の機能図である。輻射線が目の光線トレースに使用される、例えばレーザー１のような光源が設けられている。例えば、レンズ２、３からなる伸縮伸長器〔すなわちテレスコピックエクスパンダ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）〕は、好ましくは２つの単一座標デフレクターからなる２座標聴覚‐視覚デフレクター４の通常の機能を備えている。伸縮レーザービーム細線器〔すなわちテレスコピックナロワ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃ  ｎａｒｒｏｗｅｒ）〕は、レンズ５、６の共通焦点に配置された絞り又はダイヤフラムＡＳを有するレンズ５、６から構成される。視野絞り、すなわちダイヤクラム７がレンズ６の後方焦点に配置され、それによりバックパス内の伸縮細線器により形成されるその像が単一座標デフレクター間に配置される。この配置では、レーザービームの角位置が単一座標デフレクターの出口で変化する場合に、瞳孔の光スポット内の光照明の再分布が最小になる。平行用レンズ８の前焦点が視野絞り、すなわちダイヤクラム７の中心に位置合わせされて光線が確実に干渉偏光ビームスプリッター９の中心を通過する。
【００３１】
患者の目の非正視を補償するために調整可能な多焦点群のレンズ１０、１１として非正視補償器が概略的に示されている。このレンズの一方がアクチュエータドライブ３８に接続された可動ベースに取り付けられている。患者の目の調節コントロール用の多焦点群のレンズを構成するレンズ１６、１７として調節コントローラーが示されている。
【００３２】
焦点に位置感知光検出器１９が配置される対物レンズ１８が、その位置感知光検出器の感光面の平面に照射網膜像を結像するようになっている。光検出器の感光素子がプリアンプ２２及びアナログ‐ディジタル変換器２３を介してコンピュータ２４に接続されている。ミラー３９が対物レンズ１８と光検出器１９間に移動可能に取り付けられて、テストターゲット又はプレート２０の面を光検出器１９の感光面と、それに網膜中心窩表面に光学的に結合させる。テストプレート２０は患者が確実に注視するために必要とされるプレート２０の後方にはこのプレートを照射する役割を果たす光源又は輻射体２１が配置される。この輻射体から出た光は光源１により生成された輻射線とスペクトル成分で同一であり、レーザー又は偏光光源が好ましい。
【００３３】
素子２５ないし３０は、対物レンズがミラー２６と共にレンズ２５、２７からなる顕微鏡から構成されている。座標グリッドがレンズ２７の後方焦点面に好適に配置されたプレート２９、１群のレンズ３０、及び前方焦点面がレンズ２７の後方焦点面に一致するビームスプリッター２８は、顕微鏡のアイピースを構成する。このビームスプリッター２８は網膜面を、別にフレームグラバーボードと呼ばれるビデオ信号変換及びインプットボード３３を介してコンピュータに接続されたテレビカメラ３２の感光面に光学的につなぐ働きをする。
【００３４】
開口を備えたミラー１２によって顕微鏡の光学軸が、光線トレースチャンネル（素子１〜１１）の光学軸と、網膜での横方向光収差を測定するための光電装置（素子１６〜１９）に位置合わせされる。
【００３５】
好ましい実施態様では、４個の発光ダイオード（ＬＥＤ）１４が患者の目の前方を横向き構成で取り付けられる。各ＬＥＤは互いに同じ面内で光学軸から等距離で軸に垂直に取り付けられることが好ましい。この顕微鏡とＬＥＤは患者の目に対する計器の視野及びテレビ位置合わせ用の系を構成する。レンズ２５の前方焦点が、前方の角膜面で反射したＬＥＤの仮想像又は虚像が配置される平面と一致するように、顕微鏡が取り付けられる。
【００３６】
レンズ１１とＬＥＤ１４との間には計器と光学検定ユニット３４〜３６の光学軸を合わせる役割を果たすミラー１３が可動配置されている。好ましい実施態様では、この光学検定ユニットは凹凸レンズすなわち角膜シミュレーター３４、液体媒体すなわち目の硝子液シミュレーター３５及び網膜シミュレーター３６から構成されている。この網膜シミュレーター３６は、アクチュエーター又はドライブ３７により光学軸に沿って移動可能になるように可動配置されることが好ましい。
【００３７】
本測定計器は、聴覚‐視覚デフレクター４、アナログ‐ディジタル変換器２３及びアクチュエーター又はドライブ３７、３８を制御するためのコンピュータ２４又は同様の装置を内蔵している。コンピュータ２４又は同様の装置は、例えば算術処理及びデータ保存、収差パラメータの計算及び表示、及び目の屈折特性を含む異なる役割を果たし、さらにまた測定モードの設定や計器位置合わせの実行を行なう。
【００３８】
好ましい実施態様において、この計器は以下のように機能する。例えばレーザー１により発光された光ビームは広げられ、平行にされ、対応するコンピュータプログラムに従ってその角位置を変える聴覚‐視覚デフレクター４に向けられる。
伸縮細線器５、６はビームの太さを必要な大きさに細める。レンズ８、１０により、患者の目の網膜と光学的に結合されている絞り７の中心は、伸縮細線器から出るビームの角度ある「振れ」の点である。レンズ６の前方焦点面での位置合わせにより、開口止め、すなわち絞りＡＳは、目の瞳孔と位置合わせされるレンズ８の後方焦点面にその像を有する。従って、瞳孔の照射開口止め、すなわち絞りＡＳの像が患者の目の屈折測定領域である。開口止め、すなわち絞り７が平行用レンズ８の前方焦点面に位置合わせされているために、絞り７にある角頂点によるレーザービームの角振れが、レンズ８の通過後、その光学軸の平行移動に変換される。
【００３９】
患者の目が非正視である場合、レンズ１０（又は１１）が軸方向に移動すると、中心ビームが、発散する（近視の場合）又は収斂する（遠視の場合）ビームに変わり、絞り７の像を網膜に光学的につなげる。これによりビームスプリッター９の前方領域で網膜によって反射する光線が確実に平行になり、これは通常の機能として必要である。
【００４０】
患者の目１５に入る光は図１に示されている面で偏光する。網膜と交差することで偏光が解消された戻りのビーム成分だけがビームスプリッター９により光検出器１９に通される。これにより光検出器が、レンズ１０、１１の表面で、かつ角膜すなわち目で反射される（フレネル反射の結果として）偏光から保護され、このことによってこの計器の通常の機能に反する照明を生み出すことができる。
【００４１】
レンズ１６、１７及び対物レンズ１８は、光検出器１９の面内に網膜の照明領域像を結像する。図１において、複数の焦点位置が以下のように示されている。すなわち、Ｆ3、Ｆ5、Ｆ6、Ｆ8、Ｆ25、及びＦ30は対応するレンズの前方焦点の場所であり、一方、Ｆ2'、Ｆ5'、Ｆ6'、Ｆ15'、及びＦ27'はレンズの後方焦点の場所である。
【００４２】
レーザービームはコンピュータ及び聴覚‐視覚デフレクターにより必要な屈折測定領域内で瞳孔に入るように位置決めされる。目の光学系が収差屈折を持っているならば、網膜上の絞り７の光映像が軸から変位し、これにより光検出器の感光面での対応する照射領域像の変位と、光検出器の各感光素子により生じる電気信号のばらつきを招く。光検出器１９が、例えば図２に概略的に示したような象限１、２、３及び４を有する４象限フォトダイオードであるならば、網膜上の光スポットδｘ、δｙの収差変位が以下の公式で与えられる。
【００４３】
式中、βは網膜の面に関連する光検出器の面における横倍率であり、ｂは光検出器の面におけるの光スポットサイズであり、Ｕ1、Ｕ2、Ｕ3、及びＵ4は対応する光検出器チャンネルからの光電信号である。
【００４４】
代替の好ましい実施態様（図７に示す）では、ターゲット向け光源からの光、好ましくは赤外線光源９６を、一連のレンズ７７、７９及びビームスプリッター９４を介して最後には計器の光学軸との交点にそして患者の目に向けることができる。網膜の中心窩の反射スポットから反射したターゲット向け光のスポット位置は、反射ビームスプリッター９４を使用して決定され、レンズ９０を介して網膜スポットからの反射光の最初の部分を、一方向のみ、例えばｘ方向への位置変化を測定するための最初の直線アレイ光検出器８８に向けることができる。最初の部分と略同一の反射光の第二の部分をレンズ９１を介して最初の方向に対し９０度の方向、例えばｙ方向だけの位置変化を検出するための第二直線アレイ光検出器８９に向けられる。ｘ‐ｙ位置の変化は上記公式計算を使用せずに各方向に対して「直接」有利に測定される。これは現在入手可能な４象限光検出器が、現在入手可能な直線アレイ光検出器より検出可能なより限定された収差範囲を有するためさらに有利である。例えば、４象限光検出器は双方の方向で３ジオプター収差範囲をカバーすることができ、一方、２個の１２８インクリメント直線アレイ光検出器は双方の方向で約１０ジオプターの収差範囲をカバーする。
【００４５】
さらに別の実施態様においては、光検出器は、２次元又はｘ‐ｙ光検出マトリックス又はＣＣＤセンサーマトリックスでもよい。
【００４６】
屈折測定プロセスを開始する前に、計器を患者の目に対し位置合わせし、光学検定ユニット３４〜３６を使用して計器を検定する。
【００４７】
患者の目に対する計器の位置合わせに関する操作原理を図３に示す。平行系５０が図１の素子３９、１８及び１７、１６に対応する（目が有限の距離で調節可能である場合）。部位Ａは光輻射体と注視固定位置であり、図１では素子２０、２１で構成される。開口を有するミラー５６は図１の素子１２に対応する。顕微鏡の対物レンズ５２は図１の素子２５〜２７で構成されており、一方、顕微鏡の対物映像面５４（図1）は素子２９（図１）に対応する。Ｂ1及びＢ2は図１のＬＥＤ１４に対応する光輻射体である。Ｂ'1及びＢ'2はその輻射体の一次像であり、Ｂ"1及びＢ"2はその輻射体の二次像である。
【００４８】
図３から分かるように、計器の光学軸上に配置された部位Ａで注視固定しても、△≠０の場合さえも、目が中心窩上の部位Ａを見ることにより目の視軸と計器の光学軸の一致又は位置合わせが保証されない。部位Ａでの注視固定は上記軸が平行である場合にのみ保証される。
【００４９】
目の光学パワーへの最大の機能が角膜の前面で作られることを考慮すれば、視軸線が中心窩中心と、角膜の前面の曲率の中央頂点を通る線となることが想定される。輻射体Ｂ1が患者の目の前で位置合わせされるならば、角膜の前面からの光のフレネル反射により凸ミラーとして機能するこの表面は、幾何学的光学特性の法則により軸に対し対称的に配置された輻射体の仮想像又は虚像Ｂ'1を結像する。
【００５０】
例えばＢ1及びＢ2のような幾つかの輻射体が患者の目前に計器（図３）の光学軸に対称的に配置されているとき、それらの二次像Ｂ"1、Ｂ"2は△≠０ならば、その光学軸から顕微鏡対物レンズの像面がずれるだろう。
【００５１】
従って、計器の光学軸と目の視軸を一致させるために、２つの条件を満たす必要がある。すなわち、その条件は、患者の注視が部位Ａに固定され、Ｂ"1とＢ"2が対物レンズ５２の軸に対して中央に配置されることである。その配置はプレート２９（図１）に設けられた座標グリッドを使用するか、又はテレビチャンネルを利用する場合にはモニター画面を使用してチェック可能である。目の像が全ての部位でグリッド又はテレビ画面で同心配置に位置合わせされるならば、測定コントローラは屈折測定値の空間解像設定を取る用意がなされる。次に操作者は数ミリ秒しかかからない測定を開始することができる。この測定値はグラバーボードに「取り込まれ」、図６に示したように収差屈折マップを作製するために保存される。この測定は適切な位置合わせが検出されるとき、自動的に開始することも可能である。さらに、本発明の１つの実施態様によれば、「近位」調節距離から「遠位」又は無限調節距離への一連の目のターゲットの移動等の所定の事象の発生時に複数の測定を順次行なうことができる。複数の測定像が、ある時間にわたり、あるいはその他何らかの変化が生じそのため目の測定値が目の屈折力の動的変化を示す間、捕捉できるか、あるいは自動的に取り込まれ保存される。
【００５２】
部位Ｂ"１、Ｂ"２の表面あるいは平面５４との一致は、像Ｂ"１、Ｂ"２が表面５４に焦点が合った結果としての計器と目の間の固定作動距離の設定を示している。
【００５３】
注視の固定点は、計器の光学軸にミラー３９（図１）を配置することにより作られる。輻射体１４'及び１４"は図３に示した輻射体Ｂ1及びＢ2の役割を果たしている。
【００５４】
即時の収差屈折の検定は光学検定ユニットを使用して実施することができる。光学検定ユニットは対応する角膜シミュレーター３４測定点での公知収差を組み込むように製造可能である。例えば、収差は特別の光学設計プログラムを使用してコンピュータで求めることができる。例えば、レンズ３４の前面が楕円形であるならば、瞳孔の全ての点での収差屈折はゼロに等しい。
【００５５】
不正視補償装置を使用すれば、非平行レーザービームが光学検定ユニットに入る。これは焦点がぼけている標準的な収差である。この収差を補償するために、アクチュエーター３７によって網膜シミュレーターを光学軸に沿って焦点まで移動することができる。それにより、網膜中心窩が網膜シミュレーターと光学的につながる。
【００５６】
横収差の系統的な測定エラーは、測定結果の、予測データからのずれにより明らかになる。そのような判断可能な系統的エラーは実際の目の収差を測定する場合に考慮することができる。
【００５７】
光学検定ユニットとの比較による検定は、ミラー１３を計器の光学軸上に配置することによって目の収差を測定する前に、自動的に好適に実施される。
【００５８】
患者の目の光トレース前に、ミラー１３及び３９が、目に入り、その後、光検出器を通る光路から外される。中心窩の光スポットの像の収差変位が、操作者によって選択される目の光トレースに対応する角膜上の１組の部位で測定される。瞳孔上の測定部位のグリッド又は割り振りの一例が図４に示されている。
【００５９】
網膜に関する横収差の測定データδｘ（ρ，φ）及びδｙ（ρ，φ）は、目の波収差の関数に近似させるために、最小二乗法によるZernike多項式係数の他のに計算に使用される。この波収差関数は瞳孔の全ての部位の局部屈折を計算するのに使用される。さらに、その近似により、屈折の高精度な直接測定が不可能な瞳孔の小さな軸方向領域では局部収差屈折の性質の判定あるいは復元が可能となる。
【００６０】
本発明の作業実施態様を図５に示す。５個の反復試験を行ない、結果を平均したこの計器を使用して行なった実験では、瞳孔の６５カ所での網膜上のレーザービーム収差を１２ミリ秒以内で、目に入る５ミリワット以下の光輻射線で行なった。
【００６１】
図６は目の即席の収差屈折計を使用して構成された目の収差マップの一例である。
【００６２】
極端に早い測定によりコンピュータ制御プログラムで複数の立体解像収差測定を非常に短時間で行なうことができる。一つの実施態様のこの制御プログラムは、一連の調整された調節固定距離と適切な目の位置合わせの自動判定で調整された複数の測定を始動させて網膜スポット位置検出チャンネルから一連のデータ測定値を受信する。動的な目の屈折系用の一連の屈折測定値が作製される。空間解像屈折測定が、種々の所定の条件及び外的あるいは内的に変化する条件の下で変動する調節時あるいは目の通常の機能時等の種々の動的変化時に自動的にプログラムされ、自動的に実施される。
【００６３】
図８は本発明の収差屈折計の別の実施態様の光学チャンネルを概略的に示す。空間的に規定された平行ビーム入力チャンネル５９は、レーザー又は他の低散乱光源等の光源から患者の目９８に達している。１つの好ましい実施態様では、６５０λのレーザーを使用した。立体的に規定された平行ビーム入力チャンネルに沿って、２つのレンズ６４、６６を有する円筒望遠鏡６２が配置されている。この円筒望遠鏡６２からの光がデフレクター６８に入る。デフレクター６８はコンピュータ等の制御ユニットにより電気的に制御される聴覚‐視覚デフレクターが好ましい。その他、検流計ミラーデフレクター等を使用できるだろう。２個の座標デフレクター又は角方向機構をデフレクター６８として使用してもよい。反射ミラー又はミラープリズム７０は、好ましくは、しかし必ずしもそうとは限らないが、レンズ７４、入口開口７６、レンズ７８、７９及び出口開口又は視野絞り８０を備える伸縮系７２に光を反射する。偏光ビームは視野絞り８０から平行用レンズ８２を通過し、ミラー７１で偏光し、そして目９８へのルートであるビームスプリッター１００及び干渉ビームスプリッター９２を透過する。
【００６４】
目前に配置された光源は目の視軸を計器の光学軸に位置合わせするために使用される。複数の直交配置された、例えばλが９４０ｍｍで発光するＬＥＤ１０２を使用することも好適に可能であろう。ＬＥＤ１０２で生成された光は角膜で反射され、カメラ１１２で結像される。反射光が予め設定された目標のパラメータに合えば、計器が適正位置合わせ状態に、従ってチャンネル５９に沿って形成された立体解像平行ビームが発射可能状態にある。ＬＥＤ９６から出た光と組み合わされせた発光用ＬＥＤがアイアラインメント確認チャンネルを作る。ＬＥＤ９６、好ましくは赤外線ＬＥＤは、レンズ７７、７９及びビームスプリッター９４及びビームスプリッター９２を通過して目９８に入ると目を照らす。
【００６５】
次に、像がビームスプリッター９２を通過し、ビームスプリッター１００に再度向けられ光学素子１０４、１０６、１０８及び１１０を通過し、最後にＣＣＤカメラ１１２に入ると、照らされた目が最後にカメラ１１２で結像する。
【００６６】
網膜スポット検出チャンネル９９は、入力チャンネルで作られた目９８の網膜から反射したスポット位置を検出するために使用され、干渉偏光ビームスプリッター９２を備えている。このビームスプリッター９２は、非偏光反射光を目９８の網膜からビームスプリッター９４に向け、このビームスプリッター９４は光学レンズ９０を介して１つの像成分を「ｘ座標」光検出器８８に向ける像を分割し、それからこの像の別の成分を光学レンズ９１を介して「ｙ座標」光検出器８９に向ける。直交配置された光検出器８８、８９は高解像直線アレイ光検出器であり、それら検出器で作製される位置測定を直接使用して目９８の網膜上の反射スポットの位置測定用のＸＹ座標を提供することができる。直線アレイ検出器を使用する代わりに、実際のＸＹマトリックス光検出器あるいはＣＣＤ検出器を使用してビームスプリッター９４、レンズ９０、９１及び直線アレイ光検出器８８、８９を取り替えることができる。直線アレイの利点の１つは、１象限光検出器の範囲を超える広い範囲の収差検出が可能なことである。例えば、典型的な１象限光検出器は約±３ジオプターの範囲の収差検出に有用であり、一方、直線アレイは約±１０ジオプターの範囲に対応することができる。
【００６７】
固定ターゲットチャンネル８５は１つの光源から好適に構成されている。好ましい実施態様では、この光源が緑色５６５λＬＥＤ８４である。この光はレンズ７４、７５を介して送られ、プリズム８６で、波長差別化光学コーティングを施したビームスプリッター１００に向けられる。この固定ターゲット光はレンズ１０４、１０８及び窓１０６を通過し、選択的に反射する光学フィルター１１０で発射される。そして、この固定ターゲット光は素子１０８、１０６、１０４に戻りベ−ムスプリッター１００で９０度、患者の目の方に向きが変えられ、近位固定位置から遠位固定位置まで移動可能な、あるいはその間でどこでも調整可能な１１０の表面の位置から出る像を見ることができ、これはある時間、目の調節を変えたり、また同時に立体解像収差屈折測定、そしてＣＣＤカメラ１１２の写真を含む一連の測定を行なうために使用できる。これは、異なった固定ターゲット距離を繰り返すにつれ、目の時間経過画像化及び収差屈折の測定値が得られる。この異なるターゲット固定距離は、電気機械調整手段を使用して近位から遠位まで自動的に移動あるいは調整可能である。なおこの電気機械調整手段は、時間経過を基本にした測定及び／又は像と同期可能である。
【００６８】
参考文献
１．M. S. Smirnov、目の波収差の測定、Biofizika (生物物理学 ＵＳＳＲ）、６、７７６〜７９４頁、１９６１年
２．Van den Brink、目の幾何収差の測定、Vision Res ２、２３３〜２４４頁、１９６２年
３．N. M. Sergienko、眼病用光学素子、Moscow、Meditsina、１４２頁、１９９１年
４．R. H. Webb、C. M. Penny及びK. D. Thompson、立体解像屈折計による目の局部波面歪みの測定、応用光学素子、３１、３６７８〜３６８６頁、１９９２年
５．S. G. El Hage及びBemi F、目の球面収差に対する結晶レンズの作用、J. Opt. Soc. Am. ６３、２０５〜２１１頁、１９７３年
６．J. Liang、ハートマンシャック波面センサーによるヒトの目の波収差を高精度に測定する新しい方法、Ph. D. Dissertation、ハイデルベルグ大学、Heidelberg、ドイツ、１９９１年
７．J. Liang、B. Grimm、S. Goelz及びJ. F. Bille、ハートマンシャック波面センサーを使用したヒトの目の波収差の対象測定、J. Opt. Soc. Am. A 11、 １９４９〜１９５７頁、１９９４年
８．J. Liang及びD. R. Williams、正常なヒトの目の収差及び網膜像、J Opt. Am. A 14、２８７３〜２８８３頁、１９９７年
９．J. Liang、 D. R. Williams及びD. T. Miller、補助光学素子による超映像及び高解像網膜像形成、J Opt. Am. A 14、２８８４〜２８９２頁、１９９７年
１０．米国特許第５，２５８，７９１号、立体解像対象自動屈折計、１９９３年、１１月２日
１１．Seiler、P. J. McDonnel、「エキシマレーザー光屈折角膜切除法」眼科学概説、４０、８９〜１１８頁、１９５５年
【００６９】
この発明は例示実施態様に関して説明されたが、この説明は限定的意味で構成するものではない。例示実施態様及び本発明の他の実施態様の種々の改良及び組み合わせが、この説明を参考にすれば当業者に明らかであろう。従って、特許請求の範囲がそのような改良や強化を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  収差屈折を測定するための計器の機能的概略図。
【図２】  目の網膜上でのレーザービームの横収差を測定するための装置の動作概略図。
【図３】  患者の目に対して測定装置を位置決めする手段の動作原理の概略図。
【図４】  コンピュータにより構成された目の屈折測定点の配置を示すマップの一例。
【図５】  収差屈折測定用の基本型装置の概略斜視図。
【図６】  本発明の目の収差屈折計で構成された真の目の収差屈折を示すマップの一例。
【図７】  直線アレイ検出器を使用する光検出の概略図。
【図８】  本発明のある態様に係る収差屈折計の代替の実施態様の概略図。
【図１】
0004746748.tif 000002
【図２】
0004746748.tif 000003
【図３】
0004746748.tif 000004
【図４】
0004746748.tif 000005
【図５】
0004746748.tif 000006
【図６】
0004746748.tif 000007
【図７】
0004746748.tif 000008
【図８】
0004746748.tif 000009