(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目およびその屈折性成分の全屈折不均質性を同期マッピングする装置で、
ａ）前記目に配向すべき光の細いビームを提供する手段と、
ｂ）前記目の入射開口上で前記ビームを、自身に平行にシフトさせ、前記ビームを１組の測定点に配置する手段と、
ｃ）前記目の網膜から後方散乱した光を検出する手段と、
ｄ）前記ビームが前記網膜に衝突する網膜上の位置と基準位置とのオフセットを測定する手段と、
ｅ）前記測定点の組における前記目の全屈折特徴を計算する手段と、
ｆ）前記測定点の組で前記目の角膜から反射した光を検出し、反射光の空間的方位を測定する手段と、
ｇ）前記測定点の組で角膜から反射した光ビームの空間的方位から、前記測定点の組における角膜の傾斜を計算する手段と、
ｈ）前記測定点の組における角膜の傾斜から、部分的屈折特徴を計算する手段と、
ｉ）１（ｅ）で計算した前記全屈折特徴の値と、前記角膜に起因して１（ｈ）で計算した値との差を計算する手段と、
ｊ）各測定点について１（ｅ）、１（ｈ）および１（ｉ）によって計算した屈折特徴を記憶する手段と、
ｋ）前記屈折特徴の離散集合を、前記屈折特徴の連続的な３次元分布に変換する手段と、
ｌ）前記屈折特徴の前記３次元分布を表示する手段とを備える装置。
【請求項２】
目およびその屈折性成分の全屈折不均質性を同期マッピングする装置で、
ａ）前記目に配向すべき偏光の細いビームを提供する手段と、
ｂ）前記目の入射開口上で前記ビームを、自身に平行にシフトさせ、前記ビームを１組の測定点に配置する手段と、
ｃ）目から後方伝搬した光を、目に衝突したビームの初期偏光に対して直角の偏光方向を有する第１部分と、目に衝突した前記ビームの初期偏光と一致する偏光方向を有する第２部分とに分割する手段と
ｄ）網膜で散乱した時に偏光解消した光のクロス成分に対応する前記分割ビームの第１部分を検出する手段と、
ｅ）前記分割ビームの第１部分を使用して、網膜上の光点の基準位置からのオフセットを測定する手段と、
ｆ）測定点の組における前記目の全屈折特徴を、２（ｅ）によって取得したデータから計算する手段と、
ｇ）前記測定点の組において角膜の前面から反射する光に対応する優勢成分を有する、光の前記第２部分の路に挿入した半透明光散乱スクリーンと
ｈ）前記半透明光散乱スクリーンの像を取得する手段と、
ｉ）前記像の光点の座標を測定する手段と、
ｊ）２（ｉ）によって取得した測定座標から角膜の傾斜を計算する手段と、
ｋ）前記測定点の組における角膜の傾斜から、部分的屈折特徴を計算する手段と、
ｌ）２（ｆ）で計算した前記全屈折特徴の値と、前記角膜に起因して２（ｋ）で計算した前記部分屈折特徴の値との差を計算する手段と、
ｍ）各測定点について２（ｆ）、２（ｋ）および２（ｌ）によって計算した屈折特徴を記憶する手段と、
ｎ）前記屈折特徴の離散集合を、前記屈折特徴の連続的な３次元分布に変換する手段と、
ｏ）前記屈折特徴の前記３次元分布を表示する手段とを備える装置。
【請求項３】
目およびその屈折性成分の全屈折不均質性を同期マッピングする装置で、目への路に沿って探査ビームを生成する偏光光源と、入射瞳および射出瞳を有するレンズの望遠鏡系と、あるゾーンで分離された２つの単座標デフレクタで構成された２座標デフレクタと、偏向制御ユニットと、開口絞りと、視野絞りと、コリメーティング・レンズと、目の網膜から後方散乱した偏光解消光の交差偏光成分を受けるよう動作可能な状態で配置された対物レンズを有する第１位置感知光検出器と、目の角膜から反射した偏光を同時に受ける第２位置感知光検出器と、瞳孔の内部または外部の測定点における角膜の傾斜を直接測定することにより、目の全屈折異常および角膜異常に起因する成分を計算するため、前記第１および第２光検出器に結合されたコンピュータを含むデータ処理および表示ユニットとを備える装置。
【請求項４】
さらに、前記網膜から後方散乱した偏光解消光の交差偏光成分を前記第１位置感知光検出器に配向し、前記角膜から反射した偏光を前記第２位置感知光検出器に配向するため、目への路に沿って、コリメーティング・レンズと目の間に配置された干渉偏光ビーム・スプリッタを備える、請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
探査ビームを生成する光源がレーザ光を備え、レーザ光探査ビームが、前記干渉偏光ビーム・スプリッタによって配向され、網膜から後方散乱した状態の偏光解消光の交差偏光成分を、前記第１光検出器へ、角膜の前面から反射した偏光を前記第２光検出器へと別個に配向する、請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
干渉偏光ビーム・スプリッタと目の間で探査ビームの路に、可変光学出力を有し、網膜像を形成して、非正常視眼の場合は無限距離に集束するレンズのグループを設置し、光検出器の感光性表面が、対物レンズの前部焦点面と一致し、網膜で散乱した光路の干渉偏光ビーム・スプリッタの背後に配置される、請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
さらに、光軸屈曲鏡と、感光性光検出器と光学的に結合され、光検出器と対物レンズの間に配置された凝視固定試験パターンを有するプレート、および様々に選択される調節に対応する距離で目に見える試験パターン像を形成する働きをする、可変光学出力を有する別の可変焦点レンズ・グループを備え、別の可変焦点レンズ・グループが、光軸屈曲鏡と干渉偏光ビーム・スプリッタの間に配置されて、光軸屈曲鏡が、可動ベースに装着され、それによって網膜によって散乱した光放射が患者の目の特徴を測定する間に、光検出器に到達できるよう、鏡を変位することが可能である、請求項５に記載の測定装置。
【請求項８】
別の光軸屈曲鏡を、レーザ・ビーム路の最終光学要素の後に配置し、別の鏡の後に、人間の目の網膜と同等の光学特徴を有する網膜シミュレータを備えた光学校正ユニットがある、請求項５に記載の測定装置。
【請求項９】
別の光軸屈曲鏡が、網膜の標準的特徴を測定するため、探査レーザ・ビーム路に配置できるよう装着可能であり、目の異常屈折を測定する前にそこから取り出すことができる、請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
別の光軸屈曲鏡が、さらに光学コーティングを備え、それによって目の異常屈折の測定時に探査レーザ・ビーム路から取り出す必要がないよう、選択的な光の透過が可能になる、請求項８に記載の測定装置。
【請求項１１】
装置と目の位置合わせを検証するため、チャネルに通じる追加のビーム・スプリッタがある、請求項５に記載の測定装置。
【請求項１２】
装置と患者の目の位置合わせを検証するチャネルが、１つまたは複数の点光源、および目の像を表示する働きをするＴＶまたは光電光検出器を備え、測定装置の光軸と患者の目の視軸とが一致した場合に、目の特徴を測定できるようにする信号を生成する、請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
チャネルが、前記チャネルに電子的に連結された電子回路またはコンピュータを介して自動許可信号を生成し、前記自動許可信号を認識し、許可信号に従い予め設定した、または導出した位置合わせ基準を獲得時、目の特徴を測定するよう直接指令するプログラムを含む、請求項１２に記載の測定装置。
【請求項１４】
視軸を有する目の全屈折不均質性を測定する計器であって、計器の光軸を画定するレンズ・システムと、目の視軸を計器の光軸と位置合わせする位置合わせ装置と、計器の光軸に平行にレンズ・システムを通して投影された探査ビームを生成し、前記探査ビームが目の角膜上の複数の衝突位置にて、計器の光軸に平行に目と衝突するよう、計器の光軸から部分的にオフセットするよう選択的に配置可能である光源と、前記複数の焦点位置それぞれに対応する複数の位置で目の異常屈折を測定するため、目の網膜から後方散乱する探査ビーム光の位置を測定する第１光検出器と、前記複数の衝突位置で角膜から反射した探査光ビームの位置を測定する第２光検出器と、前記第１および第２光検出器から入力を受信し、衝突点における角膜の傾斜および高さを測定することにより、前記全屈折異常、および前記角膜による前記屈折性成分を計算するコンピュータとを備える計器。
【請求項１５】
前記第１および前記第２光検出器が、象限光検出器、横位置感知検出器、直角に配置されたリニア・アレイ光検出器、ＸＹマトリックス光検出器、またはＣＣＤ検出器を含むグループから選択される、請求項１４に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項１６】
前記偏光がレーザ光を備え、さらに、探査ビーム偏光レーザ光を目に配向するために前記探査ビームに沿って配置され、目の網膜から後方散乱した非偏光のみが前記第１光検出器に検出でき、前記角膜から反射した前記偏光のみが前記第２光検出器で検出できるよう、目と前記第１および前記第２光検出器との間で目の視軸に沿って配置された干渉偏光ビーム・スプリッタを備える、請求項１４に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項１７】
さらに、目の凝視を所定の像焦点距離に固定し、目の視軸を前記計器の軸線と一致させるために、視準され、計器の光軸に沿って投影されてそれと一致する標的像を生成する照明源と、標的像のために目の調節機能を固定焦点距離に調整するよう調節可能な可変焦点伸縮レンズ・グループとを備える、請求項１４に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項１８】
さらに、探査ビームを集束して、目の非正常視を補償するため、調節可能な伸縮レンズ・システムを含む可変焦点非正常視補償器を備える、請求項１４に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項１９】
さらに、レンズ・システムによって誘発された誤差を修正し、可変焦点伸縮レンズ・グループの調節によって誘発された誤差を修正して、目の非正常視を補償するため、計器を校正する校正ユニットを備える、請求項１８に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項２０】
目の全屈折不均質性を測定する計器で、
ａ）空間的に画定された点において患者の目に向かって光軸に沿って平行な光線を同時に、または順次に生成し、少なくとも１つの光源および少なくとも１つのレンズを含む光学ビーム入力チャネルと、
ｂ）患者が入力チャネルの光軸への固定を維持する間、目の視軸の位置合わせを確認する、目位置合わせ検証チャネルと、
ｃ）異なる焦点距離をシミュレートするため、手動または自動で調節でき、目と光学的に連絡する少なくとも１つの視覚的標的を含む固定標的チャネルと、
ｄ）目と光学的に連絡し、前記空間的に画定された点の少なくとも１つからの、および目の網膜から後方散乱した入力チャネル光の第１部分の少なくとも１つの特徴を記録する少なくとも１つの第１光検出器を含む網膜点位置検出チャネルと、
ｅ）目と光学的に連絡し、前記空間的に画定された点の前記少なくとも１つからの、および前記角膜から後方反射した入力チャネル光の第２部分の少なくとも１つの特徴を記録する少なくとも１つの第２光検出器を含む角膜反射位置検出チャネルとを備える計器。
【請求項２１】
さらに、目の視軸と入力チャネルとの位置合わせをモニタし、目の位置合わせの検証時、探査光線の生成を自動的に指令するため、コンピュータ、電子回路およびプログラムを備える、請求項１８に記載の収差屈折計。
【請求項２２】
さらに、角膜の不均質性による目の全屈折異常および成分を決定するため、前記第１および第２光検出器から位置データを受信し、前記複数の衝突点について前記データを比較するコンピュータ電子回路を備える、請求項２０に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項２３】
さらに、前記空間的に画定された衝突点全てについて、前記点における角膜の傾斜および高さを測定する、瞳孔の内部または外部での角膜からの反射の空間的に分解したマップを生成し、完全な角膜構造情報を提供して、さらに目に対する角膜の屈折異常の寄与を導出するコンピュータ電子回路を備える、請求項２０に記載の目の全屈折不均質性を測定する計器。
【請求項２４】
目の全屈折不均質性、および全屈折不均質性の選択された屈折性成分を同期マッピングする方法で、
ａ）光の測定ビームを前記目に配向するステップを含み、ビームの断面は前記目の入射開口より狭く、前記ビームは前記目の視軸を中心として、その軸線が視軸と一致し、前記ビームは、前記目の前面を通過して前記目の角膜に衝突する第１部分を有し、さらに角膜表面から反射する第２部分を有し、さらに、
ｂ）前記ビームを前記視軸に平行にしたまま、前記目へのビーム入射の測定点の位置を変更するステップと、
ｃ）前記ビームが前記ビームの中心位置で網膜に衝突する網膜上の位置と、前記測定点の変更した位置とのオフセットを測定するステップと、
ｄ）ステップ２４（ｃ）で測定したオフセットから前記目の全屈折特徴を決定するステップと、
ｅ）前記角膜から反射した前記測定可能なビームの前記第２部分の反射角度を決定するステップと、
ｆ）測定点ごとに、ステップ２４（ｄ）で決定した全屈折特徴を、ステップ２４（ｅ）で決定した部分屈折特徴とを、前記部分的特徴を前記全屈折特徴から引くことによって比較するステップと、
ｇ）測定点ごとに、ステップ２４（ｄ）、２４（ｆ）および２４（ｇ）で決定した屈折特徴を記憶するステップと、
ｈ）目の１組の測定点について、ステップ２４（ｂ）から２４（ｈ）を反復するステップと、
ｉ）前記測定点の組の前記屈折特徴の離散集合を、近似によって連続的表面に変換するステップと、
ｊ）前記表面を、ディスプレイの画面上にカラー・コード化したチャートとして、または３次元情報を提示する他の何らかの方法で提示するステップとを含む方法。
【請求項２５】
角膜からの反射角度を決定するステップが、さらに、
ａ）前記測定点において角膜から反射した前記ビームの部分を、半透明光散乱スクリーンに投影するステップと、
ｂ）前記スクリーン上でビーム投影の位置の座標を測定するステップとを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、
ａ）ステップ２４（ｄ）または２４（ｇ）で決定した各測定点における屈折特徴を、前記測定点に隣接する測定点の屈折特徴の値から、前記測定点の屈折特徴の値を抽出することにより、隣接する測定点の対応する屈折特徴と比較するステップと、
ｂ）ステップ２６（ａ）で決定した差の値が指定された閾値より高い場合は、ステップ２６（ａ）の比較に使用した隣接測定値の間に配置される追加の測定点を挿入するステップと、
ｃ）ステップ２６（ａ）で決定した値が、前記指定された閾値より高くならなくなるまで、ステップ２４（ａ）から２４（ｋ）を反復するステップとを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
患者の両目の光学系およびその要素の収差エラーを同期マッピングする装置であって、患者の目の路に沿って探査ビームを生成する偏光源と、入射瞳および射出瞳を有するレンズの伸縮レンズ・システムと、あるゾーンで分離された２つの単座標デフレクタで構成された２座標デフレクタと、偏向制御ユニットと、開口絞りと、視野絞りと、コリメーティング・レンズと、両目の網膜から反射した偏光解消光の交差偏光成分を、一方の目ずつ受けるよう動作可能な状態で配置された対物レンズを有する第１位置感知光検出器と、両目の角膜から反射した偏光を一方の目ずつ同時かつ選択的に受け、網膜から偏光解消光を受ける交差偏光成分と同じ目の角膜から、偏光を受けるよう調整された第２位置感知光検出器と、患者の両目について角膜収差に起因する目の全屈折収差および成分を別個に、およびほぼ同時に計算するため、前記第１および第２光検出器に結合されたコンピュータを含むデータ処理および表示ユニットとを備える装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連特許および出願への相互参照）
本出願は、２０００年８月８日に出願された米国特許出願第０９／６３４，４８７号の部分継続である。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、眼科用医療機器に関し、特に瞳孔の空間座標の関数として目の全屈折を測定し、さらに角膜構造の測定を通して全角膜の屈折力を測定する装置に関する。
【０００３】
（発明の背景）
目の全屈折不均質性をマッピングする方法および装置は、以前の共願米国特許出願第０９／６３４，４８７号の連続号に記載され、これは目に細いレーザ・ビームを配向し、その軸線は調査される目の視線に平行であり、さらに目の開口をビームで走査し、網膜によって散乱した光の一部を受け、網膜上に投影されたレーザ・スポットの位置を分析して、データから目の全屈折のマップを再構築する。
【０００４】
多くの用途では、角膜や天然結晶質レンズなどの目の屈折性成分の寄与に関する情報は、例えばその後の屈折異常の矯正手術などのために有用であるか、必要であることもある。
【０００５】
角膜の表面形状を測定する目的で、同心円パターンなどの規則的構造または規則的パターンを角膜に投影し（最も一般的にはプラシド角膜計として知られる）、角膜から反射した像を分析して、分析データから角膜の形状または曲率を、したがって角膜によって生じる屈折分布を再構築する方法が知られる。
【０００６】
瞳孔の空間座標に依存する目の光学系の屈折特性を研究するための測定装置が知られている。これは、波面収差を測定するM. S. Smirnovの装置［１］、横収差を測定するVan den Brinkの装置［２］、生理学的非点収差を測定するN. M. Sergienkoの装置［３］、および空間的に解像された屈折計［４］を含む。上記の装置は、シャイナーの原理に基づき、幾つかの光学的技術を使用した逐点調査を伴う。しかし、このような装置全てを使用する際には、目の予備調心ばかりでなく、収差測定自体にも患者の直接参加が必要である。
【０００７】
上記の測定装置の主な欠点は、精度および再現性が低く、測定プロセスに時間がかかり、その結果、患者が疲労し、順応に変動があり、測定中に目が動き、それによって収差測定誤差が増大することである。
【０００８】
より先進の測定装置が知られ、これは患者が「測定鎖」のリンクとして行動する必要がない。これは、フーコーのナイフ法［５］で収差を測定する装置、ハルトマン・シャック・センサを使用して波面収差を測定する装置［６〜８］、波面収差を完全に補償する適応制御工学機器を組み込んだ測定［９］を含む。
【０００９】
ハルトマン・シャック・センサを有する測定装置の一般的な欠点は、レンズ・ラスタまたはアレイの機械的に剛性の構造と、電荷結合素子またはＣＣＤカメラの光電性エレメントの不変の相互に対する空間的配置とのため、横収差のラスタ光電子分析器の視野が固定されることである。その結果、収差を測定する瞳孔面におけるグリッド・サイトの構成が固定され、収差特性により瞳孔の別個のゾーンをさらに詳細に測定するため、これらのグリッド・サイトを再構築する際の融通性がない。
【００１０】
別の欠点は、ハルトマン・シャック・センサの小型レンズ・アレイの焦点面にスポットの十字形があるため、屈折異常の値の測定が不明瞭になる小さい範囲が存在することにある。
【００１１】
既存の装置のその他の欠点には、患者の目と測定装置の空間座標との正確に再現可能な「リンク」を提供する手段を組み込んでいない、適応特徴への収差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組み込んでいない、薬品を使用しないと、瞳孔散大を測定することができない、などがある。屈折は、米国特許第５，２５８，７９１号［１０］で開示されたような空間的に解像された自動屈折計を使用しても、測定することができる。この装置は、基準パターンと測定ビームを含む測定閉ループを使用して、空間的に解像された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、中心窩像の中心と一致し、検出器がゼロ位置センサとして機能する。
【００１２】
米国特許第５，２５８，７９１号で開示された空間的解像自動屈折計は、以下の基本的および補助的機能の性能に関して幾つかの重大な問題を有する。つまり、目の視軸に対する装置の光学軸線の予備位置合わせ、患者の目の順応の監視、屈折測定する瞳内の点の割当および患者の目に入るレーザ・ビームの入射角の測定である。上記の基本的および補助的な機能について、上記の欠点は、米国特許第５，２５８，７９１号で開示された装置に固有のものである。目の視軸に対する先行技術の装置の光軸の予備位置合わせは、少なくとも以下の理由から問題を生じることがある。第１に、目の視軸は、瞳孔および中心窩の幾何学的中心を通る線と仮定される。しかし、瞳孔の幾何学的中心は、瞳孔の開口と中心窩の光軸と結晶質レンズとの心ずれのため、視軸と一致するとは限らないことが知られている。また、瞳孔が対称でないことがある。第２に、位置合わせに、焦点への患者の凝視を固定することを利用する先行技術の装置では、患者の凝視を固定する点の位置が変化すると、患者の目が角運動し、これが以前の位置合わせを妨害する。その結果、中心線が通る（瞳孔と網膜上の）両方の点が、一定の位置を有さない。第３に、屈折異常補償のない装置の焦点は、正常視または正常な目ではないと明瞭に観察することができない。患者の目が屈折異常の場合、このような装置は、拡散レーザ・ビーム・スポットを見ることになり、その幅は屈折異常とともに増加する。このような状況では、凝視を特定の方向に正確に固定することができず、これも正確な位置合わせを阻止する別の要因となる。先行技術の屈折計の別の欠点は、中心窩と光検出器の光電性表面とは、正常視または正常な目のレンズで光学的に結合されることである。屈折異常の目の場合、光電検出器の上述した表面に生成される中心窩像の中心または焦点がずれて、補償されない追加の屈折測定エラーを引き起こす。本発明は、これを補償するべく構成されたものである。
【００１３】
第４に、十分に明るいレーザ照射は、目が反射で瞳孔を狭め始めるほど、中心窩を刺激することがある。したがって、目のセンタリング手順を実施する前に、毛様体筋を麻痺させる薬品が必要になる可能性が高く、これは正常な自然の状態と比較すると、目の屈折特性を変化させてしまう。
【００１４】
患者の目の調節をモニタする要請は、先行技術の装置では満足されなかった。その結果、患者の目は任意の距離で調節することができる。目の屈折特性は調節距離に依存することが知られている。調節はオペレータには分からないので、屈折マップと目の調節とを相関させることは不可能である。
【００１５】
本出願人には、空間分解能屈折計は、患者の目の調節に合わせて調節するための装置を含むことが好ましいことが明白になった。
【００１６】
電気機械アクチュエータを使用する先行技術の装置は、目の高速走査を保証する可能性、および眼球屈折率測定プロセスの時間を短縮する可能性を大幅に低下させる。レーザ・ターゲティングの制御にディスクまたは可動口を有する平面表面を使用する先行技術の装置では、開口が、レーザ・ビームが平面表面と交差するゾーンの小さい部分しか専有していない。したがって、レーザ・ビームの、瞳孔の１つの屈折率測定ゾーンの面積と瞳孔全体の面積との比率に等しい部分のみが、その開口を通過する。このようなレーザ・ビームの蹴られの結果、レーザ照射の不経済な使用になり、このような装置の主要な欠点と見なされる。
【００１７】
瞳孔の必要な測定ゾーンおよび中心窩の中心と交差するレーザ・ビームの入射角の測定における問題は、十分に高い屈折率測定速度を提供しない設計に固有のものである。このような設計では、瞳孔の１０の測定点で屈折率を測定する時間は、１分以内である。この期間に、患者の目は自然の衝動性眼球運動およびドリフトのため、最高１００回動作し、角度位置変化させる。
【００１８】
機器の系統的誤差が、以前の収差屈折計において問題となっていた。網膜の光点内で光照射が不規則に分布し、表面光電検出器の感光性が不均一で、光電検出器エレメントに接続された前置増幅器の利得の時間が不安定で、光検出器に抑制されていないグレアや背景照明が存在するので、光検出器は、系統的誤差がない状態で、中心窩のスポットの「ゼロ」位置を合わせられない。さらに、自身の収差の結果、目の光線追跡のために設けた光学系が、レーザ・ビーム位置の角収差に寄与してしまう。本発明の計器は、このような誤差を補償し、したがって屈折率測定の精度を向上させる構造的エレメントを組み込む。
【００１９】
目の屈折性成分の測定、特に１次屈折インタフェース（前角膜）の測定に関して、角膜の構造の測定、したがってその屈折力を計算できることについて、現在の技術には幾つかの短所がある。角膜の形状を測定するために最も広く使用されている技術は、１つの円形標的（ミーア）を角膜に反射させ、角膜から反射した像からのこのようなミーアの歪みを決定する。角膜に１つのミーアを投影させてから、光学または電子的手段により反射像の歪みを測定するこの技術は、通常、標準的な角膜計の計測に使用されている。
【００２０】
近年、角膜の表面にわたるその構造に関して、さらに情報を提供するため、幾つかの同心円またはプラシド盤が使用されている。この角膜構造装置は、目の上で照明されるプラシド盤の反射像をディジタルで捕捉し、画像処理技術により、プラシド像の歪みを測定することによって、角膜の形状を計算する。角膜はほぼ凸状の表面であるので、プラシド盤の反射像は、角膜の物理的位置の後方に配置された仮想イメージである。実際、このような角膜構造計は、このようなプラシド盤の像から角膜の曲率を直接測定し、したがってその３次元形状または真の角膜の構造（立面図マッピング）を引き出す。また、前角膜の屈折力も、プラシド像から測定した角膜曲率データから計算される。
【００２１】
角膜を測定する他の方法には、角膜表面へ直線グリッドを投影し、それによって照明するフルオレセイン染料を塗布し、歪んだグリッド像を角膜表面から直接提示する場合のように、角膜の３次元形状または立面図を直接測定する技術がある。次に、この像を立体画法で測定し、三角測量法でその形状を決定することができる。第２に、光の走査または移動スリットを角膜に投影し、同様の立体的方法で、撮像システムを通し投影した光から既知の角度で角膜での反射光を検出し、三角法手段でその形状を測定する。したがって、所望に応じて角膜の曲率または屈折力の情報を引き出すための計算を実施することができる。
【００２２】
これらのシステムは全て、角膜の形状および力を決定する能力に幾つかの欠陥を有する。例えば、いずれも角膜上の位置での測定に制限され、それによって輪状の遷移または中心が実際に配置され、プラシド盤またはミーア・パターンの場合、これは角膜の仮想イメージで発生するので、元の真の角膜形状に合わせなければならず、これ自身の幾つかのエラーを生じる。プラシドおよびミーア・システムは、角膜の曲率に影響されやすく、したがって考慮に入れるべき角膜の形状について、異なる幾つかの仮定を有する。この仮定が自身のエラーと角膜形状の限界を引き起こす。角膜の形状または立面図を直接３次元測定する場合は、角膜の立面図を精密に決定し、正確な屈折力または曲率の情報を引き出す際に、分解能の不足を克服するという難問がある。これらのシステムは全て、逐点ベースで角膜全体を測定するには限界を有し、データの広範な補間が必要である。
【００２３】
角膜の形状または屈折力を測定するために設計されたこれらのシステムは全て、目全体の屈折力および収差を同時に測定することができない。目全体の屈折情報と角膜の表面形状とを組み合わせようとした１次情報の点と、後の近似とが一致しないので、このような角膜構造データおよび別個に獲得した目全体の屈折収差データから再構築したマップは、差を再構築する場合に重大な誤差を含むことになる。したがって、実際に計器が１つのエンクロージャ内に屈折率測定と角膜構造測定との両方の能力を含む場合、それを実行するための原理は、逐点ベースで同じかつ同時ではない。人間の視覚は光線が角膜、瞳孔およびレンズを通過して網膜に衝突した時に発生するので、この路およびその構成要素を精密に測定するためには、この光線が目に入る角膜上の正確な点を同時に測定し、角膜上のその点の構造、および光線が目を通過して網膜に衝突し、像を脳に提供する時の、その点における最終的屈折力を決定する技術が必要である。多くの屈折の外科手術手順は、角膜の形状を変更して、目の屈折補正に影響を与えるので、結果を改善するために、このデータ統合が必要である。
【００２４】
必要なのは、以下の目標の達成を可能にする改善された電子光学光線追跡収差屈折計である。つまり、瞳孔内に測定点を割り当てるのに融通性があり、開口絞りでのレーザ・ビームの蹴られを減少させることにより、レーザ使用の有効性を改善し、瞳孔全体の屈折率測定の時間が約１０〜２０ミリ秒まで短縮し、非正常視の目でも光検出器の感光性表面と中心窩との光学的結合、さらに任意の距離における調節の監視を保証し、目全体の屈折収差と、角膜屈折特徴によって生じる成分との両方を同時に測定し、衝突点間に広い屈折特性範囲で追加的衝突点を介在させることにより、増分正確さを維持し、収差屈折測定時の計器誤差を減少させ、患者の目に対する計器の位置決めの正確さおよび確定性を強化し、患者の目と装置構成要素間の作業距離の位置決めおよび制御性を自動化する可能性を持たせ、瞳孔を薬品で拡張させることなく、計器の位置決めを可能にすることである。本発明は、上述した解決法と技術革新を提供する。
【００２５】
（発明の概要）
以上およびその他の欠点を回避し、問題を解決して、目の全屈折不均質性とその屈折性成分との両方を同時にマッピングする作業可能な装置および方法を生成するため、以下の本発明の技術を考案した。目の異常屈折を測定し、同時に角膜によって生じる全異常屈折の成分を計算する装置は、目への路に沿って探査ビームを生成する偏光源を備える装置で達成された。角膜上の複数の点で目に衝突するため、ビーム・シフタを設けて、探査ビームを複数の隔置された平行路に迅速にシフトさせる。目の網膜からの偏光解消後方散乱光は、偏光ビーム・スプリッタを通して第１位置感知検出器に配向し、これによって複数の衝突点それぞれについて目の全屈折を決定する。角膜の形状を決定し、そこから角膜によって生じる屈折性成分を引き出すため、全目屈折の各衝突点の決定と同期させて、角膜の衝突点からの偏光反射を、偏光ビーム・スプリッタを通して第２位置感知検出器に配向する。比較器は、各衝突点の全屈折を、角膜によって生じる屈折の成分と比較し、同時に減算によって角膜以外の目の部分によって生じる屈折の成分を決定することができる。このデータは、メモリに入れたり、マップ再構築用のプログラム装置および目およびその構成要素の屈折特徴を表すディスプレイに供給したりすることができる。
【００２６】
追加的に分解能を改善するため、プログラム装置を設けて、特定の最大差の閾値より高い異なる値を生成する隣接測定点間に、追加の測定点または衝突点を挿入してもよい。
【００２７】
同様の方法で、そして実際には同時に、細いレーザ・ビームが目の開口を走査している間、これは目の角膜を通過しなくてはならない。角膜上に涙の膜がある状態でビームが角膜に衝突すると、このビームが反射し、これを検出して、反射点における角膜の傾斜を決定することができる。さらなる点を測定すると、前角膜の形状に関する詳細な情報が獲得される。レーザ・ビームは、目の開口を越えても走査することができ、そこでは角膜から反射する光に関するデータのみ検出され、角膜の構造、およびその屈折力に関する情報を提供する。
【００２８】
したがって、本発明の目的は、目の異常屈折を測定するため、改良された偏光装置を提供することである。収差屈折計により、非正常視、乱視特徴を推定することができ、同時に角膜によって生じる目の全収差屈折の成分部分、したがって目の他の部分による成分を同期決定することができ、それによって必要に応じて光屈折角膜切除［１１］によって除去すべき角膜の部分の計算の視覚的鋭敏さおよび精度向上が可能になる。
【００２９】
好ましい実施形態では、収差屈折計は光照射源、好ましくはレーザ光または他の偏光、望遠鏡系、２つの単座標デフレクタで構成された２座標デフレクタ、偏向角制御ユニット、開口絞り、視野絞り、コリメーティング・レンズ、干渉偏光ビーム・スプリッタ、網膜から後方散乱した光の位置のみを検出する対物レンズを有する第１位置感知光検出器、前記第１感知光検出器の出力に接続された全屈折計算器、角膜から反射した偏光の位置のみを検出する対物レンズを有する第２位置感知光検出器、前記第２位置感知光検出器の出力に接続された角膜由来屈折計算器、全屈折と角膜由来の屈折を逐点比較する比較器、およびコンピュータ、アナログ・ディジタル変換器および前置増幅器で構成されたデータ処理および表示ユニットを備える。探査ビームとしてレーザまたは偏光を使用し、干渉ビーム・スプリッタと組み合わせることにより、偏光を網膜から反射した偏光解消光から分離することができ、第１光検出器がこれを検出するのを防止し、角膜から反射する偏光を第２光検出器で検出することができる。
【００３０】
本発明の計器は、屈折の測定に必要な時間を短縮して、開口絞りにおける光線エネルギの損失を解消し、以下を提供することにより、測定点の位置決めに融通性があるシステムを生成する。つまり望遠鏡系を、探査ビーム路の２座標第１デフレクタの後方で、望遠鏡系の入射瞳が単座標デフレクタ間のギャップまたはゾーンと一致する箇所に対応する距離に配置し、開口絞りを、望遠鏡系のレンズ間でその焦点が一致する点に配置して、視野絞りを、望遠鏡系の射出瞳の面に配置し、それと同時に、患者の目からコリメーティング・レンズの焦点距離とほぼ等しいような距離で、干渉偏光ビーム・スプリッタの前に配置されたコリメーティング・レンズの前焦点の位置にも配置する。
【００３１】
正常視眼と非正常視眼との両方で第１光検出器と網膜の感光性表面の一定の光学的結合を保証するため、干渉偏光ビーム・スプリッタと目の間に光学出力が様々なレンズのグループを設置し、前記レンズ・グループは、目の正常視または非正常視状態に関係なく、非正常視眼の網膜像を調節可能な状態で無限距離に形成する機能を有する。第１光検出器の感光性表面を、対物レンズの前焦点面と結合し、網膜によって散乱した光の路上で干渉偏光ビーム・スプリッタの後に挿入する。
【００３２】
計器の光軸に沿って患者の視線を固定し、患者の目と検出器の感光性表面との光学的結合を一定に維持しながら、必要な距離で目の調節を補償するため、第２ビーム・スプリッタまたは光軸屈曲鏡、さらに視線を固定するための凝視固定試験パターンまたは試験標的を有するプレートを、光検出器の感光性表面と光学的に結合させ、光検出器と対物レンズの間に配置する。様々なマイナスの光学出力を有し、予め設定した調節に対応する距離に、患者の目について試験標的の像を形成するよう機能する第２光学レンズ・グループを、第２ビーム・スプリッタまたは光軸屈曲鏡または光軸屈曲鏡と干渉偏光ビーム・スプリッタの間に配置する。光軸屈曲鏡を使用する場合は、可動ベースに装着し、患者の目の特徴を測定する間に網膜から散乱した光照射が光検出器に到達できるよう、鏡を変位できるようにする。
【００３３】
１つの実施形態では、系統屈折測定の誤差に対応するため、探査レーザ・ビームの光軸を屈曲または方向転換させるための第２鏡を、レーザ・ビーム路中で最後の光学素子の後で患者の目に入る前の箇所に挿入する。第２鏡の後に、目をシミュレートする光学校正ユニットを挿入する。光学校正ユニットは、軸方向に移動可能か、または静止した網膜シミュレータを含み、その光学特徴は人間の網膜と同等である。第２光軸屈曲鏡を、光学校正ユニットで測定する間に探査レーザ・ビーム路に入り、患者の目の屈折を測定する時には出るよう、可動ベース上に設置する。
【００３４】
患者の目に対して計器を位置合わせし、正確さを向上させ、位置合わせプロセスを自動化できるよう、計器に第３ビーム・スプリッタを設け、計器および患者の目の目位置合わせ検証のチャネルを挿入する。好ましい実施形態では、同軸検証チャネルは、１つまたは複数の光源点、およびＴＶまたは電気光学検出装置を備え、これは一緒になって瞳孔および／または目の画像を表示して、計器の光軸と患者の目の視軸が一致した場合に目の特徴を測定する許可チャネルを提供する働きをする。薬品で瞳孔を拡張せずに計器を使用できるようにするため、レーザ照射源および／または赤外線源を同軸検証位置合わせ機構に組み込む。日中または夜間の照明状態および／または近距離および遠距離の患者固定標的をシミュレートする状態で、屈折率を測定するため、計器を使用できることが想定される。
【００３５】
代替実施形態では、さらに、装置のオペレータの制御下で位置合わせ検証を実施するか、自動化できると想定される。１つの実施形態では、同軸検証チャネルは、計器の光軸と患者の視軸との一致が「標的的中」状態に近いことを視覚的または聴覚的に通知する。この状況が獲得されたら、計器は電子的に「構築する」。完全一致が獲得されると、測定制御装置により、空間的に画定された平行光線、好ましくはレーザ・ビームが、自動的に迅速に発射され、入力チャネルを通して目に入る。角膜から反射し、網膜から散乱した光を、対応する第１および第２位置感知光検出器に配向する。
【００３６】
特徴および利点を含めて本発明をさらに完全に理解するため、次に添付図面とともに本発明の詳細な説明を参照するが、図面では、同様の数字は同様の要素を表す。
【００３７】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の様々な実施形態および方法の作成および使用を、以下で詳細に検討するが、本発明は、様々な特定の状況で使用することができる多くの適用可能な本発明の概念を提供することを理解されたい。本明細書で検討する特定の実施形態は、本発明を作成し、使用する特定の方法の例示にすぎず、本発明の限定するものではない。
【００３８】
図１は、本発明の一態様により全屈折不均質性およびその成分を同期マッピングする装置および方法の概略機能図を示す。偏光源１２０および好ましくはレーザ光源が、名目上は目の中心軸と一致する偏光ビーム路に沿って偏光ビーム１２２を配向する。光ビームはビーム・シフタ１２４に提供され、これは光ビーム１２２を複数の空間的にオフセットした平行光ビーム路１２６のいずれかに迅速にシフトするよう制御される。光ビームのシフトの機構については、図３および図４に関連して、以下でさらに詳細に検討する。ビーム・シフタ１２４は、偏光探査ビーム１２６を提供する。複数のこのような探査ビームは、ビーム・シフタ１２４によって数ミリ秒以内に生成でき、例えば空間的にオフセットした１００本の平行偏光探査ビームを１０〜２０ミリ秒で生成できることが理解される。例えば、探査ビームのうち１本のみが中心軸１２１と一致し、複数のオフセット偏光探査のうち別の１本を１２７として示す。明快さを期して、図１には１００本以上の平行偏光探査ビームは描かれていないことが理解される。各探査ビーム１２６、さらに複数のビーム１２７が、ビーム・スプリッタ１２８を通過して調査対象の目１３０へ向かう。各探査ビーム１２６、１２７は、複数の衝突点、例えば探査ビーム１２６に対応する点１３２および探査ビーム１２７に対応する衝突点１３３で角膜１３１に衝突する。
【００３９】
衝突点１３２で入る細い光ビームの目の全屈折収差は、網膜上の点１３６を検出し、中心軸１２１に沿って位置合わせされた中心窩に対する網膜１３６上のその照明点の空間的位置１３８を決定することにより決定される。この位置は、座標（ｄｘ1，ｄｙ1）によって中心軸１２１に対して示される。網膜に衝突する光は網膜で後方散乱する。後方散乱は、それ自体は反射せず、したがって入射ビーム１２６ｂは網膜表面によって偏光解消される。後方散乱した光は、路１２６ｃで表される光軸を有し、偏光解消光である。光１２６ｃは路１２６ｃに沿ってビーム・スプリッタ１２８内に入り、偏光ビーム・スプリッタ１４０に配向される。ビーム・スプリッタ１４０は偏光ビーム・スプリッタであり、したがって最初に偏光分極した光を通過させることができ、路１２６ｅに沿って交差偏光した成分を反射する。したがって、ビーム１２６ｄは、路１２６ｅに沿って配向されてレンズ１４２を通過し、これはビームを路１２６ｆに沿って第１光検出器１４４へと集束させる。図２、図３および図８に関して以下でさらに詳細に検討するように、光検出器１４４にさらなるビーム・スプリッタ９４およびｘおよびｙ光検出器アレイ８８および８９を設けて、位置（ｄｘ1およびｄｙ1）を決定することができる。この位置から、目の標準的長さに基づき、全屈折計算器１４７で全屈折特徴を計算することができる。全屈折計算器１４６は、例えば多機能コンピュータ１４８内の回路および／またはコンピュータ・ソフトウェアでよい。
【００４０】
次に図１に戻ると、１２７ａを１つのサンプルとする複数のオフセット探査ビームはそれぞれビーム・スプリッタ１２８を通過し、１３３を代表的サンプルとする複数の衝突点で角膜１３１の前面に衝突する。ビーム１２７ｂは、衝突点１３３に入ると、目の全屈折特徴により、ビーム１２７の路に沿って目１３０の網膜１３５上の点１５０に投影される。網膜１３５から後方散乱した光１２７ｃは、目の開口を通って戻り、ビーム・スプリッタ１２８によって路１２７ｄ沿いに偏光ビーム・スプリッタ１４０に配向され、ここで路１２７ｅに沿ってレンズ１４２を通り、中心軸１２１から（ｄｘ2，ｄｙ2）で表されるオフセット位置１５２を決定するため、第１光検出器１４４に配向される。ビーム・シフタ１２４を迅速かつ反復的に動作させることにより、コンマ何秒で複数回、衝突点の全グリッド・パターン、例えば図１０のグリッド・パターン参照。以下でさらに詳細に検討するように、目の全屈折に対してマッピング可能なデータを、全屈折計算器１４６に与える。
【００４１】
探査偏光ビーム１２６ａおよび複数の追加ビーム１２７ａのそれぞれと同期で、角膜表面１３１の収差によって生じる収差の成分を同時に決定することができる。ビーム１２６ａおよび１２７ａは偏光であるので、探査ビーム１２６ａの場合は衝突点１３２で偏光ビーム１５４ａとして、探査ビーム１２７ａの場合は衝突点１３３で反射偏光１５３ａとして角膜表面１３１から部分的に反射する。光は、衝突点１３２における角膜前面１３１の角位置と対応する角度で角膜から反射するので、反射したビーム１５４ａは、衝突点における角膜１３１の傾斜に応じてビーム１２６ａから発散する。ビーム１５４はビーム・スプリッタ１２８によって路１５４ｂに沿って偏光ビーム・スプリッタ１４０に配向される。ビーム１５４ｂは、角膜表面から反射して、路１５４ｃに沿って進んだので、偏光ビーム・スプリッタ１４０を通過し、したがってその位置は、第２光検出器１４５で検出することができる。角膜からのビーム１５４の反射角を容易に決定できるよう、角膜から半透明の散乱スクリーン１５８までの距離は、散乱スクリーン１５８に衝突するビーム１５４ｃのオフセット距離１６０が角膜表面１３１の構造を示すような既知の量である。
【００４２】
散乱スクリーン１５８によって、光ビーム１５４ｃおよび１５３ｃは、散乱図１５５または１５７で概略的に示すように散乱する。光学的中心線１６１に対する位置１６０または１５９が、レンズ１６２によって第２光検出器１５６に撮像される。この場合も、第２光検出器１５６は、アレイ状のｘおよびｙ光検出器を備えることができ、これはビーム分割器を使用して、角膜から反射した光のｘ−ｙ位置１６０を決定する。この情報は、角膜由来屈折計算器１６４に与えられる。
【００４３】
全屈折計算器１４６および角膜由来屈折計算器１６４の両方からのデータを、比較器１６８およびメモリ１７０にも供給する。比較器の情報は、各点の全屈折、各衝突点の、つまりシフトされた各探査ビームの角膜由来屈折を含むデータを生成し、角膜以外の目の構成要素による屈折収差の成分も決定することができる。この情報から、マップ再構築ユニット１７２で目の屈折特徴のマップを再構築する。１７２で生成された再構築マップは、ＣＲＴ画面またはカラー・プリントアウトなどのディスプレイ１７４に表示することができる。全屈折計算器１４６、角膜由来屈折計算器１６４、比較器１６８、メモリ１７０、マップ再構築ユニット１７２およびディスプレイ１７４は全て、別個に設けるか、あるいは図１のシステムの点線１４８で概略的に示すコンピュータ・システムおよびディスプレイ・スクリーンおよび／またはプリンタに含めることができる。
【００４４】
図２は、全屈折を同期マッピングする装置の一部およびその構成部品の拡大概略図であり、走査ビーム１２６ａおよび１２７ａの路、さらに光検出器１４４への後方散乱光路１２６ｃ、１２６ｄ、１２６ｅおよび１２６ｆを明瞭に示す。光検出器１４４は、ｘ成分検出器８８およびｙ成分検出器８９を備えるよう図示されている。さらに、それぞれ偏光ビーム・スプリッタ１４０を通して配向されるか通過するビームが、さらに明瞭に描かれ、半透明光散乱スクリーン１５８に衝突する点が、より明瞭に図示されている。
【００４５】
半透明光散乱スクリーン１５８は、例えばほぼ均質の特徴を有する乳白ガラスまたは半透明の蛍光灯カバー材料でよく、したがって任意の点に衝突する偏光ビームが、同じマイナスの強度および同じ相対拡散を生成し、これによってこのような光ビームの位置を位置センサ１５６で検出することができる。位置センサ１５６は、図示されていないが、これも位置センサ１４６と同様に構築することができ、したがってｘ成分センサ・アレイ８８およびｙセンサ・アレイ８９を組み合わせて使用し、ｘ−ｙ位置センサを獲得する。
【００４６】
図３は、本発明の屈折計の全収差部分の１つの実施形態の光学チャネルを概略的に示す。空間的に画定された平行なビーム入力チャネル５９が、レーザまたは他の低拡散光源などの光源から患者９８の目へと延在する。１つの好ましい実施形態では、６５０１レーザを使用した。空間的に画定された平行ビーム入力チャネルに沿って、２つのレンズ６４および６６を含む円筒形望遠鏡６２がある。円筒形望遠鏡からの光がデフレクタ６８に入る。デフレクタ６８は、コンピュータなどの制御ユニットで電子的に制御された音響光学デフレクタであることが好ましい。あるいは、電流磁気鏡デフレクタなどを使用することができた。２座標デフレクタまたは角方向機構をデフレクタ６８として使用してもよい。反射鏡または鏡プリズム７０が光ビームを反射して望遠鏡系７２に通し、これはレンズ７４、入射開口７６、レンズ７８および７９および射出開口または視野絞り８０を含むことが好ましいが、そうである必要はない。偏光ビームは視野絞り８０からコリメーティング・レンズ８２を通過し、鏡７１によって屈折して、途中でビーム・スプリッタ１００および干渉ビーム・スプリッタ７１を透過して目に至る。
【００４７】
目の前に配置された光源を使用して、目の視軸と計器の光学軸を位置合わせする。複数の直角に配置され、例えば９４０ｍｍのｌで発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２を使用することができた。ＬＥＤ１０２によって生成された光は、角膜で反射し、カメラ１１２によって撮像される。反射光が予め設定した標的パラメータと一致したら、計器は適切に位置合わせされ、したがってチャネル５９に沿って形成され、空間分解能平行ビームを発射する許可モードになる。
【００４８】
これで、照明された目が最終的にカメラ１１２によってビーム・スプリッタ・プリズム９２を通過した像として撮像され、ビーム・スプリッタ１００で方向転換して、光学エレメント１０４、１０６、１０８および１１０を通過し、最終的にＣＣＤカメラ１１２に到着する。
【００４９】
網膜点位置検出チャネル９９を使用して、入力チャネルによって生成された目９８の網膜からの反射点の位置を検出し、これは目９８の網膜から反射した非偏光を位置センサに配向する干渉偏光ビーム・スプリッタ９２を含む。
【００５０】
図３に示すような光検出位置センサの１つの実施形態では、ビーム・スプリッタ９４があり、これは像を分割して、一方の非偏光網膜像の成分は光学レンズ９０を通して光検出器８８のＡｘ座標に配向し、別の画像成分は光学レンズ９１を通して光検出器８９のＡｙ座標に配向する。直角に配置された光検出器８８および８９は高解像度のリニア・アレイ光検出器であり、この検出器で実行する位置測定を直接使用して、目９８の網膜上にある反射点の位置を測定するためのＸＹ座標を提供することができる。リニア・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または自身の対物レンズを有するＣＣＤ検出器を使用して、ビーム・スプリッタ９４のレンズ９０および９１およびリニア・アレイ光検出器８８および８９を置換してもよい。リニア・アレイの１つの利点は、単純な象限光検出器の範囲を上回る大きい範囲の収差検出を提供することである。例えば、典型的な象限光検出器は、約＜３ジオプタの範囲の収差検出に有用であるが、リニア・アレイは＜１０ジオプタより大きい範囲に対応することができる。別の選択肢は、横位置感知検出器を使用することである。象限検出器を使用することの欠点は、その表面に撮像された光点の形状およびサイズに依存することである。１Ｄまたは２Ｄアレイ（リニア・アレイまたはＣＣＤ）のような多エレメント検出器および横位置感知検出器にはこの欠点がない。
【００５１】
図３に示す実施形態の詳細については、以下で図１１に関してさらに説明する。網膜から後方散乱した標的光の点の位置は、ビーム・スプリッタ９４を使用して決定し、網膜の点から後方散乱した偏光の第１部分はレンズ９０を通してｘ方向リニア・アレイ光検出器８８に配向し、１方向、例えばｘ方向のみの位置変化を測定することができる。後方散乱した偏光の第２部分は、ほぼ第１部分と同一であるが、レンズ９１を通してｙ方向リニア・アレイ光検出器８９に配向され、第１方向に対して９０°の方向、例えばｙ方向のみの位置変化を検出することができる。ｘ−ｙ位置の変化は、光強度中心の位置、またはリニア・アレイ８８（ｘ方向）およびリニア・アレイ８９（ｙ方向）に投影された光点の最高輝度点の位置を計算することにより測定される。
【００５２】
光源９６および集光レンズ７７および７９によってリニア・アレイ８８および８９を均質に照射し、したがって保守時に前記光検出器の感度の均質性をチェックすることができる。発光ダイオード９６および集光レンズ７７、７９は、校正光検出器８８および８９のために太いビームを形成する。要素のいずれかが公差外である場合、その出力は信号処理手順で補正することができる。
【００５３】
固定標的チャネル８５は光源を備えることが好ましい。好ましい実施形態では、光源は緑の５６５  １  ＬＥＤ８４である。光はレンズ７４および７５を透過し、プリズム８６によって配向されて波長識別光学コーティングを有するビーム・スプリッタ１００を通る。固定標的は光学素子１０６上に配置される。ＬＥＤ８４からの光ビームはレンズ１０４および１０８および固定標的１０６を通過し、鏡１１０から反射する。固定標的の光は、レンズ１０４を通過して戻り、ビーム・スプリッタ１００によって９０°方向転換して患者の目に向かい、表面１１０の位置から来るものとして像を視覚化し、この表面により像を近距離固定から遠距離固定への移動するか、その間の任意の場所に調節することができ、これは、ある時間にわたって目の調節を変化させ、それと同時に空間解像収差屈折測定およびＣＣＤカメラ１１２上のピクチャを含む一連の測定を実行するために使用することができる。これは、目の経時撮像を提供し、かつ異なる固定標的距離を循環するにつれ、収差屈折を測定する。経時ベースの測定と同期することができる電気機械調節手段を使用して、様々な標的固定距離を、近距離から遠距離へと自動的に移動させるか調節することができる。
【００５４】
本明細書で説明する計器は、調節エラーなく正常視眼または非正常視眼のいずれでも屈折マップを正確かつ迅速に提供することができる全屈折屈折計を提供するよう開発された。
【００５５】
図４は、目の全収差および全屈折非均質性を測定するための本発明の計器の別の実施形態の機能図を示す。目の光線追跡に使用する放射線を有する光源は、例えばレーザ１によって与えられる。例えばレンズ２および３を備える伸縮拡大器は、好ましくは２つの単座標デフレクタで構成される２座標音響光学デフレクタの通常の機能を提供する。伸縮レーザ・ビーム狭窄器は、レンズ５および６、レンズ５および６の共通焦点に開口絞りＡＤにより形成される。視野絞り７をレンズ６の後部焦点に配置し、したがって後方路にある伸縮狭窄器によって形成されたその像は、単座標デフレクタの間に位置する。この配置により、レーザ・ビームの角位置を単座標デフレクタの出口で変化させた場合、瞳孔の光点における光照明の再分布が最小になる。コリメーティング・レンズ８の前部焦点を、視野絞りの中心と位置合わせし、光線の望遠鏡系通路が干渉偏光ビーム・スプリッタ９を確実に通過するようにする。
【００５６】
非正常視補償器が、レンズ１０および１１の可変焦点グループとして概略的に図示され、患者の非正常視を補償するよう調節することができる。レンズの一方は、アクチュエータ・ドライブ３８に接続された可動ベースに装着する。調節制御装置が、患者の目の調節を制御するための可変焦点レンズ・グループを構成するレンズ１６および１７として概略的に図示される。
【００５７】
その焦点に位置感知光検出器１９の感光性表面が配置された対物レンズ１８は、照射された網膜の像を位置感知光検出器の感光性表面の面に形成するよう意図される。光検出器の感光性素子は、前置増幅器２２およびアナログ・ディジタル変換器２３を通してコンピュータ２４に接続される。ビーム結合器３９を対物レンズ１８と光検出器１９の間に移動自在に装着し、試験標的またはプレート２０の面を第１光検出器１９の感光性表面および中心窩表面に光学的に結合する。プレート２０は、患者の凝視を確実に固定するために必要である。プレート２０の背後には、プレートを照明する働きをする光源または放射体２１が配置される。
【００５８】
エレメント２５から３０は、レンズ２５および２７が鏡２６と一緒になって構成された対物レンズを有する顕微鏡を備える。第１座標グリッドを有するプレート２９を、レンズ２７の後部焦点面に配置することが好ましい。レンズ２７の後部焦点と一致する前部焦点を有するレンズまたはレンズ・グループ３０、は、顕微鏡の接眼レンズを備える。ビーム・スプリッタ２８は、ビデオ信号変換および入力ボード、言い換えるとフレーム・グラバ・ボード３３を通してコンピュータに接続されたＴＶカメラ３２の感光性面に網膜の面を光学的に結合する働きをする。
【００５９】
開口を設けた鏡１２によって、顕微鏡の光軸を光線追跡チャネル（要素１〜１１）の光軸、および網膜の光線横収差を測定する光電構成（要素１６〜１９）と位置合わせする。
【００６０】
好ましい実施形態では、患者の目の前の十字形構造に４つの発光ダイオード（ＬＥＤ）１４を設置する。各ＬＥＤは、相互のＬＥＤに対して同じ面、光軸から等距離、および軸線に対して直角に配置することが好ましい。顕微鏡およびＬＥＤは、患者の目に対する計器の視覚的位置およびテレビ位置を決定するシステムを備える。顕微鏡は、レンズ２５の前部焦点面がプレートと一致するよう設置され、ここに角膜前面で反射したＬＥＤ１４の虚像または仮想イメージが配置される。
【００６１】
全屈折測定プロセスを開始する前に、患者の目に対して計器の位置を決定し、光学校正ユニット３４〜３６を使用して計器を校正する。レンズ１１とＬＥＤ１４の間には鏡１３を移動自在に装着し、これは計器の光軸と光学校正ユニット３４〜３６を結合する働きをする。光学校正ユニットの１つの好ましい実施形態では、これは凹凸レンズまたは角膜シミュレータ３４、液体媒質またはガラス質シミュレータ３５、および網膜シミュレータ３６を備える。網膜シミュレータ３６は、アクチュエータまたはドライブ３７によって光軸に沿って移動できるよう、移動自在に装着することが好ましい。
【００６２】
本発明の測定計器は、音響光学デフレクタ４、アナログ・ディジタル変換器２３、およびアクチュエータまたはドライブ３７および３８を制御するコンピュータ２４または同様の装置を組み込む。コンピュータ２４または同様の１つまたは複数の装置は、例えば数学的処理、および収差パラメータおよび眼球屈折特徴のデータ記憶、計算および表示などの追加的作業を実行し、自動計器位置合わせの測定モードおよび実装の設定を提供してもよい。
【００６３】
目の全屈折を測定する計器は、その好ましい実施形態では、以下の方法で機能する。例えばレーザ１などから放射された光ビームを拡張、視準し、音響光学デフレクタ４に配向し、これが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化させる。伸縮狭窄器５および６がビームの太さを必要な大きさに減少させる。絞り７の中心は、伸縮狭窄器から出るビームの角度「揺れ」の点である。レンズ６の前部焦点面に配置したため、開口絞りＡＤはその像をレンズ８の後部焦点面に有する。さらに、絞り７をコリメーティング・レンズ８の前部焦点面に配置したため、角度頂点を絞り７に配置したレーザ・ビームの角度揺れは、レンズ８を通過した後、光軸の平行シフトに変換される。
【００６４】
患者の目が非正常視の場合、レンズ１０（または１１）の軸方向の動作は、末端動原体ビームを（近視の場合は）拡散するビームまたは（遠視の場合は）収束するビームに変換し、したがって絞り７の像が網膜と光学的に結合される。これは、網膜から来る光線がビーム・スプリッタ９の前部のゾーンでは平行であることも保証し、これはさらなるデータ処理を正規化する。
【００６５】
患者の目１５に入る光は、図４のプレート自体で偏光される。網膜との干渉により偏光解消された復帰ビームの直交成分のみが、ビーム・スプリッタ９を通過して第１光検出器１９に至る。これは、レンズ１０および１１の表面および角膜または目によって反射し、計器の正常な働きによる全屈折決定に不適合な照明を生成し得る偏光から、第１光受光器を保護する。
【００６６】
レンズ１６および１７および対物レンズ１８は、網膜の照明区域の像を第１光検出器１９の面に生成する。図４では、焦点位置が以下のように指定される。つまりＦ3、Ｆ5、Ｆ6、Ｆ8、Ｆ25およびＦ30は対応するレンズの前部焦点を指し、Ｆ2’、Ｆ5’、Ｆ6’、Ｆ18’およびＦ27’はレンズの後部焦点を指す。
【００６７】
図５に示す１つのさらなる実施形態では、非正常視補償器の機能を、光受光器１９の対物レンズであるコンポーネント１８と組み合わせる。この実施形態では、標的対象２０光検出器１９をレンズ１８から等距離に配置する。ＬＥＤ２１は標的対象２０を照明する。レンズ１８は患者によって、標的対象２０の明瞭な像が見えるように配置される。この位置で、光検出器１９および目１５の焦点面が結合される。レンズ１８の位置決めは電気装置１７６で実現することができる。この位置決めは自動的に実施することができる。調節制御は別の標的対象１７８で実行され、これはＬＥＤ１７９で照明し、電子装置１８０で位置決めする。ドライブ１７６および１８０は両方ともコンピュータ２４に接続される。調節標的対象１７８は、鏡１７７によって光軸に結合される。ＬＥＤ２１および１７９の色は、容易に識別できるよう異なっているとよい。例えば、赤いＬＥＤ２１で結合を実施し、その後、緑のＬＥＤ１７９で調節する。
【００６８】
図６に概略的に示し、概して図５に示した構成をベースとする本発明のさらに別の実施形態では、両眼１５および１５ａを同時に検査することができる。図６に示す設計によると、この実施形態は、第２眼１５ａ用の追加のチャネルを含むので有利である。２つのビーム・スプリッタ１７５および１８１があるので、両眼に共通の探査レーザを使用するよう実施する。光学的および電気的構成要素９ａ、１４ａ、１８ａ、１９ａ、２２ａおよび２３ａは、第１眼１５の測定において、対応する構成要素９、１４、１８、１９、２２および２３と同じ役割を有する。制御ユニット１８２は、赤外線ＬＥＤ１４および１４ａを切り換えて、それぞれ第１および第２目１５および１５ａを交互に照射する。この方法で、両目の像を、例えばモニタ画面の左と右の部分などに同時に表示することができる。図１および図２に図示し、それに関して説明したのと同じ方法で、第１目のチャネルおよび第２目のチャネルの両方に、両目の角膜からの偏光の反射角を決定する構造を配置することにより、同期マッピングも実施することができる。記載したように実施すると、別個の調節が可能になり、両目を同時に測定するので有利である。
【００６９】
図４、図５および図６の様々な実施形態では、必要な屈折測定ゾーン内で瞳孔に入るよう、レーザ・ビームをコンピュータおよび音響光学デフレクタで位置決めする。目の光学系が異常屈折を有する場合、網膜上の絞り７の光像は軸線から変位し、その結果、位置感知光検出器１９の感光性表面にある照明ゾーンの像も対応して変位する。
【００７０】
患者の目に対する計器の位置決めに関する動作原理を図９に示す。コリメーティング・システム５０は、（目を有限距離で調節する場合は）図４の要素３９、１８および１７、１６に対応する。点Ａは光照射および凝視固定点であり、図４の要素２０および２１で形成される。開口を有する鏡５６は、図４の要素１２に対応する。顕微鏡の対物レンズ５２は、図４の要素２５〜２７で構成され、顕微鏡の対物レンズ像面５４（図４）は、要素２９（図４）に対応する。Ｂ1およびＢ2は、図４のＬＥＤ１４に対応する光放射器である。Ｂ’1およびＢ’2は放射器の１次像、Ｂ”1およびＢ”2は放射器の２次像である。
【００７１】
図９から分かるように、計器の光軸に配置された点Ａに凝視を固定しても、目の視軸と計器の光軸との位置合わせは保証されない。というのは、目はＤ≠０の場合でも中心窩上で点Ａを見るからである。点Ａへの凝視の固定は、上記の軸線が平行である場合のみ保証される。
【００７２】
目の光学的出力に最も寄与するのは角膜の前面であることを考慮に入れ、視軸線が、中心窩の中心と角膜前面の曲率中心の頂点とを通る線であると仮定する。放射器Ｂ1を患者の目の前に配置すると、角膜前面からの光の反射により、この表面が凸面鏡として機能し、幾何光学の法則に従って軸線に対称に配置された放射器の虚像または仮想イメージＢ’1を形成する。
【００７３】
例えばＢ1およびＢ2などの幾つかの放射器を、計器（図９）の光軸に対して対称で患者の目の前に配置すると、その２次像Ｂ”1およびＢ”2は、Ｄ≠０であれば顕微鏡対物レンズの像面で軸線からシフトしてしまう。
【００７４】
したがって、計器の光軸と目の視軸を一致させるには、２つの条件を満足しなければならない。つまり、患者の凝視を点Ａに固定し、像Ｂ”1およびＢ”2を対物レンズ５２の軸線に対して中心に配置する。位置決めは、プレート２９（図４）に設けた座標グリッドを使用するか、ＴＶチャネルを使用している場合はモニタ画面を使用してチェックすることができる。目の像が、グリッドまたはＴＶ画面の同心円位置にある全ての点と整列したら、測定制御装置は、空間的に分解した１組の屈折測定をする準備が整う。これで、オペレータは、数ミリ秒しかかからない測定を起動することができる。測定は、グラバ・ボードでの取り込みＡであり、図１２のような異常屈折マップを生成するために記憶される。測定は、適切な位置合わせが検出された時に自動的に起動することもできる。さらに、本発明の１つの実施形態によると、所定の事象が発生する間に、例えば目の標的がＡ近距離＠調節距離からＡ遠距離＠または無限調節距離へと移動するシーケンスを通して、複数の測定を順番に実施することができる。複数の測定像を、ある期間にわたって、または目の測定値が目の屈折に動的変化があったことを示すような他の変化が発生した時に、捕捉するか自動的に取り込み、記憶することができる。
【００７５】
点Ｂ”1およびＢ”2が表面または面５４と一致すると、計器と目の間に固定作業距離が設定されたことを示し、これは像Ｂ”1およびＢ”2が表面５４上に集束した結果である。
【００７６】
目計器位置合わせの別の実施形態は、手動または自動で操作する瞳孔縁測定を使用し、ほぼ円形である図を形成して実現することができる。その中心は、通常、４つの鏡像の対称中心と一致せず、そのうち２つＢ”1およびＢ”2を図９に示す。このような不一致を、さらなる信号処理で考慮に入れることができる。
【００７７】
光学校正ユニットを使用して、瞬時異常屈折計器の校正を実行することができる。光学校正ユニットは、対応する角膜シミュレータ３４の測定点にある既知の異常を組み込むことができる。例えば、異常は、特殊な光学設計プログラムを使用して、コンピュータで決定してもよい。例えば、レンズ３４の前面が楕円体である場合は、瞳孔の全点における異常屈折がゼロと等しくなる。
【００７８】
非正常視補償器を使用する場合は、非平行レーザ・ビームが光学校正ユニットに入る。その結果、焦点ずれの標準収差になり、この収差を補償するため、アクチュエータ３７によって網膜シミュレータを光軸に沿って焦点まで移動させることができる。これにより、中心窩を網膜シミュレータと光学的に結合することができる。
【００７９】
横収差の測定の系統的誤差は、推定データからの測定結果の偏差により明白になる。このような決定可能な系統的誤差は、実際の目の全収差を測定する時に考慮に入れることができる。
【００８０】
光学校正ユニットとの比較による校正は、計器の光軸に鏡１３を設置することにより、目の収差を測定する前に自動的に実施することが好ましい。
【００８１】
患者の目の光線追跡をする前に、鏡１３および３９を目に入る光路から取り出し、これで光が光検出器へと通過する。中心窩の光点の像の収差変位を、オペレータが選択した目の校正追跡グリッドに対応する角膜上の点の組で測定する。グリッドまたは瞳孔上の測定点の割り当ての例を、図１０に示す。
【００８２】
網膜面の横収差のデータｄｘ（ｒ，φ）およびｄｙ（ｒ，φ）は、目の開口面に波面を再構築するソース・データである。前記波面は、通常、一連のゼルニケの多項式への拡張として表され、その係数は目の全波面収差の関数を近似するため、最小二乗法によって計算する。次に、波面収差の関数を使用して、瞳孔の任意の点における局所全屈折を計算する。
【００８３】
様々な操作モードでこの計器を使用して実施した多数の実験では、５ｍＷ以下の光照射が目に入る状態で、目およびその光学的構成要素の全屈折マップを再構築するため、完全なデータ・セットを提供するには、１０〜２０ミリ秒が必要であることが必要である。
【００８４】
図１２は、本発明の目の全収差屈折計部分を使用して構築した目の収差屈折マップの例である。
【図面の簡単な説明】
【図１】目およびその屈折性成分の全屈折不均質性を同期マッピングする装置の概略機能図である。
【図２】目の全屈折決定、および中心窩の屈折性成分の理論的側面を、さらによく理解できる、研究中の目の略図である。
【図３】本発明の特定の態様による収差屈折計の好ましい代替実施形態の略図である。
【図４】全収差屈折を測定する計器の概略機能図である。
【図５】目の網膜上におけるレーザ・ビームの全横収差を測定する装置の１つの実施形態の動作を示す略図である。
【図６】患者の両目の網膜におけるレーザ・ビームの全横収差をほぼ同時に測定する装置のさらに別の実施形態の動作を示す略図である。
【図７】網膜から後方散乱した像の中心をＸおよびＹ方向で位置感知する象限検出器の動作を示す略図である。
【図８】１対のＸ方向電極および１対のＹ方向電極を有する横位置感知検出器の動作を示す略図である。
【図９】患者の目に対する測定装置の位置を決める手段の動作原理を示す略図である。
【図１０】コンピュータの助けにより構築した接眼レンズ屈折測定点の位置を示すマップの例である。
【図１１】ＸおよびＹ方向それぞれにリニア・アレイ検出器構成要素を使用する位置感知光検出器の略図である。
【図１２】本発明の目の全収差屈折計部分で構築した考察対象の目の全収差屈折を示すマップ例である。
（参考文献）
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【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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