(57)【要約】【課題】  アベロスコープ（aberroscope）を較正する装置及び方法を提供する。【解決手段】  アベロスコープの較正装置は、波面解析器の光路中に挿入可能な光学素子を有する。その光学素子は波面に所定の収差を生じさせることに適用される。また、その光学素子は透過型でも、反射型でもよく、特定の屈折力及び収差で最適化されたレンズ、コンピュータ生成ホログラム、及び空間光変調器を含む。実質的に収差のない波面が、波面解析器に導かれる光路に沿って通される。光路中に置かれた上記光学素子を用いて収差を含む波面を形成するよう、所定の収差がその収差のない波面に生じさせられる。その後、収差を含んだ波面は波面解析器を用いて解析され、そして収差を含む波面から波面解析器が生成したデータを用いて較正される。【選択図】      図１
2005152642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アベロスコープの較正装置であって、
波面解析器の光路中に挿入可能な光学素子であって、前記光学素子は前記波面解析器に示す波面に所定の収差を生じさせることに適用される光学素子、
を有することを特徴とする較正装置。
【請求項２】
前記光学素子には、ホログラムを含む、請求項１に記載の較正装置。
【請求項３】
前記ホログラムは、所望の光学波面を再生することに適用するよう設けられた表面を持つ基板を有し、前記所望の光学波面は所定の収差を有する、請求項２に記載の較正装置。
【請求項４】
所望の収差を含む波面は、ツェルニケ多項式を用いてモデル化された波面を有するものである、請求項３に記載の較正装置。
【請求項５】
前記ホログラムには、コンピュータ生成ホログラムを含む、請求項２に記載の較正装置。
【請求項６】
前記ホログラムは、シャック・ハルトマン波面解析器の光路中に挿入可能である、請求項２に記載の較正装置。
【請求項７】
前記光学素子には、特定の屈折力及び収差で最適化されたレンズを含む、請求項１に記載の較正装置。
【請求項８】
前記レンズは、所定の収差を生じさせるために協調して動作する複数のレンズを有する、請求項７に記載の較正装置。
【請求項９】
前記光学素子には、所定の収差を生じさせることに適用される空間光変調器を含む、請求項１に記載の較正装置。
【請求項１０】
前記光学素子は、前記波面に所定の量のデフォーカスを生じさせるための手段を有し、前記デフォーカス量は波面解析器の測定範囲を第１の最小値から第１の最大値までの第１の範囲から、第２の最小値から第２の最大値までの第２の範囲へシフトする役割を果たし、前記第１の最小値と前記第２の最小値、及び前記第１の最大値と前記第２の最大値は所定の前記デフォーカス量で異なる、請求項１に記載の較正装置。
【請求項１１】
前記光学素子は、反射型光学素子及び透過型光学素子からなるグループから選択される、請求項１に記載の較正装置。
【請求項１２】
アベロスコープを較正するシステムであって、
光路の下流端で波面検出器を有する波面解析器と、
前記波面解析器の光路中に挿入可能であり、且つ前記波面解析器に示す波面に所定の収差を生じさせることに適用される光学素子、
を有することを特徴とする較正システム。
【請求項１３】
前記光学素子の下流の前記検出器上に入射する波面をコリメートする手段をさらに有する、請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１４】
前記光学素子は、反射型光学素子及び透過型光学素子からなるグループから選択される、請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１５】
前記光学素子には、ホログラムを含む、請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１６】
前記ホログラムには、コンピュータ生成ホログラムを含む、請求項１５に記載の較正システム。
【請求項１７】
前記波面解析器には、シャック・ハルトマン波面解析器を含む、請求項１２に記載の較正システム。
【請求項１８】
前記シャック・ハルトマン波面解析器は、
入射波面を入射させるための入射瞳と、
中間瞳面に前記入射瞳の像を形成するための第１のアフォーカル光学系と、
微小レンズアレイと、
前記微小レンズアレイ上に中間瞳面の像を形成するための第２のアフォーカル光学系とを有し、且つ前記微小レンズアレイは前記波面検出器上で中間瞳の像をサンプルするためのものであり、
前記光学素子は、前記入射瞳の近接、前記中間瞳面、及び前記微小レンズアレイ面の近接からなるグループから選択された位置に配置される、
請求項１７に記載の較正システム。
【請求項１９】
前記較正システムは、さらにビームスプリッタを有し、
前記光学素子は反射型コンピュータ生成ホログラムを有し、
前記第１のアフォーカル光学系は、第１の集光レンズと第１のコリメートレンズを有し、前記第１のコリメートレンズは第１面で前記第１の集光レンズからの入射波面を受光し且つ第２面からコリメートされた波面を出力するよう配置され、前記第１の集光レンズと前記第１のコリメートレンズは協同して前記入射瞳を前記中間瞳面上に結像するよう動作し、前記コンピュータ生成ホログラムは前記第１のコリメートレンズ上でコリメートされた前記波面を受光し且つ反射するよう配置され、また前記ビームスプリッタは前記第１の集光レンズを出射した前記入射波面が実質的に不変のまま通り抜けることを可能とするよう適用され且つ配置され、
前記第２のアフォーカル光学系は第２の集光レンズを有し、前記第２の集光レンズは前記第２面で前記ホログラムから反射された波面を受光し且つ前記ビームスプリッタ上に前記第１面からの収束波面を出力するよう配置された前記第１のコリメートレンズを有し、
前記第２のアフォーカル光学系は、第２のコリメートレンズをさらに有し、前記第２のコリメートレンズは前記ビームスプリッタからの前記収束波面を受光し且つ第２のコリメート波面を前記微小レンズアレイ上に出力する、
請求項１８の較正システム。
【請求項２０】
アベロスコープの較正方法であって、
波面解析器へ導く光路に沿って収差のない波面を通すステップと、
波面解析器の上流側の前記光路に配置された光学素子を用いて収差を含む波面を形成するように、収差のない前記波面に所定の収差を生じさせるステップと、
前記波面解析器を用いて前記光学素子を出射した収差を含む前記波面を解析するステップと、
収差を含む前記波面から前記波面解析器で生成されたデータを用いて前記波面解析器を較正するステップと、
を有することを特徴とする較正方法。
【請求項２１】
前記の収差を生じさせるステップは、波面解析器の測定範囲を第１の最小値から第１の最大値までの第１の範囲から、第２の最小値から第２の最大値までの第２の範囲へシフトすることを含み、前記第１の最小値と前記第２の最小値、及び前記第１の最大値と前記第２の最大値は所定の前記デフォーカス量で異なる、請求項２０に記載の較正方法。
【請求項２２】
前記光学素子の下流側にある前記波面解析器上に、収差を含む前記波面をコリメートするステップをさらに含む、請求項２０に記載の較正方法。
【請求項２３】
収差のない前記波面を入射瞳へ入射させるステップと、
前記入射瞳の像を中間瞳面上に形成するために第１のアフォーカル光学系を使用するステップと、
前記中間瞳面の像を前記波面解析器の微小レンズアレイ上に形成するために第２のアフォーカル光学系を使用するステップと、
前記微小レンズアレイで前記中間瞳面の像をサンプルし、サンプルした前記像を前記波面検出器上に示すステップとをさらに有し、
前記の収差を生じさせるステップは、前記入射瞳の近接、前記中間瞳面、及び前記微小レンズアレイ面の近接からなるグループから選択された位置に前記光学素子を配置することを含む、
請求項２０に記載の較正方法。
【請求項２４】
前記光学素子は反射型コンピュータ生成ホログラムを有し、
前記第１のアフォーカル光学系は第１の集光レンズと第２のコリメートレンズを有し、前記第１のコリメートレンズは第１面で前記第１の集光レンズからの第１の波面を受光し且つ第２面からコリメートされ且つ収差のない波面を出力するよう配置され、
前記の所定の収差を生じさせるステップは、コリメートされ且つ収差のない前記波面を前記ホログラムで受光し、
収差を含む波面を生ずるようにコリメートされ且つ収差のない前記波面に所定の収差を生じさせ、
収差を含む前記波面を前記第１のコリメートレンズへ反射することを含み、
さらに、前記第１のコリメートレンズの前記第２面から前記第１面の外へ通ることによって収差を含む前記波面を集光するステップと、
前記微小レンズアレイ上にコリメートされ、収差を含む波面を出力する第２のコリメートレンズ上へ集光され、収差を含む前記波面を反射するステップを
さらに有する請求項２３に記載の較正方法。
【請求項２５】
前記光学素子は、収差のない前記波面に所定の量のデフォーカスを生じさせるための手段を有し、前記デフォーカス量は波面解析器の測定範囲を第１の最小値から第１の最大値までの第１の範囲から、第２の最小値から第２の最大値までの第２の範囲へシフトする役割を果たし、前記第１の最小値と前記第２の最小値、及び前記第１の最大値と前記第２の最大値は所定の前記デフォーカス量で異なる、請求項２０に記載の較正方法。
【請求項２６】
アベロスコープの較正装置を製造する方法であって、
所望の収差を決定するステップと、
前記所望の収差を有するホログラムを作製するステップと、
波面解析器の上流側に前記ホログラムを配置するステップと、
を有することを特徴とする較正装置の製造方法。
【請求項２７】
所望の収差を決定する前記ステップは、ツェルニケ多項式を用いて前記所望の収差を有する波面をモデル化することを含む、請求項２６に記載の製造方法。
【請求項２８】
所望の収差を決定する前期ステップ及びホログラムを作製する前記ステップは、前記所望の収差を計算するため、及び基板に前記ホログラムを作製するためにコンピュータを用いることを含む、請求項２６に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記ホログラムは、透過型コンピュータ生成ホログラム及び反射型コンピュータ生成ホログラムの一つを含む、請求項２６に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定及び補正のシステム及び方法に関するものであり、さらに詳しくは、角膜トポグラフィ、及び眼の収差測定若しくは補正システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼の収差をモデル化し、測定する技術において、本発明の出願人により教示されるような（例えば、米国特許第6271914号、その開示内容はここに参照として組み込まれる）、波面測定システムが知られている。このシステム及び方法は、眼から反射された収差を含む波面を再構成し、且つ角膜表面の直接レーザ切除における所望のプロファイルを計算するためツェルニケ多項式を使用する。そのような波面測定装置についての代表的な略図が上記米国特許6271914号の図2に示されている。
【０００３】
多数のアベロスコープ（aberroscope）の設計が公知となっているものの、視覚科学及びその応用におけるオプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカのタスクフォース（VSIA-2000及びVSIA-2001）によって述べられているように、較正システム及び方法としては不適当である。波面解析器の較正は、一般的に工場で行われ、使用現場では行われない。さらに、古典的レンズがその光路内で前側及び後側へ移動することによって所定量のデフォーカスを与えるために主として用いられる。この方法には限られた収差のタイプ（焦点ボケ、球面収差及びコマ収差）に対してのみ有用であるといった不利益があり、また不確実性が高いという問題も含んでいる。
【０００４】
ホログラフィック光学素子がレンズとして機能できることは公知である。その利点は、これらの素子が軽量で比較的安価な上、従来の光学素子では不可能な、ユニークな機能を生成することが可能であり、また様々な素材で作ることができるといった点にある。
【０００５】
それ故、収差測定器（aberrometer）の較正、検証のために大量生産できる標準的デバイスとしてのニーズがある。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の実施態様により、光学収差の実測調査において使用される波面測定装置といった、しかしこれに限られるものではない、アベロスコープを較正するための装置、システム及び方法が提供される。本発明はまた、そのような装置やシステムを生産する方法も包含する。
【０００７】
本発明のアベロスコープ較正装置の実施態様には、波面解析器の光路中に挿入可能な光学素子が含まれる。その光学素子は波面解析器に示すための波面に所定の収差を生じさせることに適用される。その収差の形は既知であるため、その所定の収差と波面解析器で計算された収差との比較により、波面解析器を較正できる。
【０００８】
特定の実施態様では、光学素子として特定の屈折力及び収差について最適化されたレンズ、回折光学素子といったコンピュータ生成ホログラム、又は空間光変調器を含む。その光学素子は透過型でも反射型でもよい。
【０００９】
本発明によるアベロスコープを較正するシステムは、光学素子と波面解析器を有し、さらに波面解析器は波面検出器を有する。波面検出器は、光学素子が配置された光路中の下流側端部に位置する。
【００１０】
本発明の教示するところによるアベロスコープを較正する方法は、波面解析器へ導く光路に沿って実質的に収差のない波面を通すステップを含むことができる。所定の収差が、収差を含む波面を形成するようにその収差のない波面に生じさせられる。その収差を含む波面は波面解析器の光路上流に位置する光学素子によって生じさせられる。光学素子を出射した収差を含む波面は、波面解析器で解析される。波面解析器は、収差を含む波面から波面解析器によって生成されたデータを用いて較正される。
【００１１】
本発明の教示するところによるアベロスコープを較正する装置を製造する方法は、所望の収差を決定し且つ所望の収差を生じさせることに適用される光学素子を作るステップを有してもよい。作られた光学素子は、波面解析器を較正することが望まれる場合に、その所望の収差を生じさせるよう波面解析器の上流に置かれる。
【００１２】
構成及び作動方法双方に関して、本発明を特色づける特徴は、さらなる対象やそれ自身の利点とともに、添付した図面とともに扱われる以下の記述から容易に理解されるであろう。図は説明及び描写を目的とするものであり、本発明の限界の定義を示すものではないことは明確に理解されるべきである。本発明により達成されるこれらの対象及び他の対象や、提供される利点は添付する図面とともに下記の説明を読むことでより十分に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施態様を図１乃至８の参照とともにここに記述する。
【００１４】
本発明の方法及びシステムは、例えば光学系の収差測定に用いられる波面解析器といった収差測定器を較正する多数の実施態様を含む。特定の実施態様では、光学系に眼を含み、そのようなケースにおいて、収差測定器は角膜切除といった矯正処置に着手する準備として光学的収差を測定することを目的としている。
【００１５】
本発明のシステムの実施態様には、波面解析器を較正するために、光学素子及び波面解析器（収差測定器）を含む。例えば、波面解析器にはシャック・ハルトマン波面センサを含んでもよいが、これに限定されるものではない。図１の一部に描写された典型的な実施態様では、そのような波面センサは公知技術である微小レンズアレイ１１を有し、その微小レンズアレイは一定間隔の点で波面をサンプルし、検出器１２上にそのサンプル点を透過させる。
【００１６】
眼の光学的収差の測定で用いられる波面解析器の場合には、眼で反射されて戻ってきた波面は眼の収差を記述するデータを含む。測定収差は一般に矯正処置に対する処方を構成するために使用されるので、正確な処方を収集されたデータから導くために、波面解析器を較正することは重要である。
【００１７】
それ故、本発明の支配的原理は、既知の波面、一般的には無収差の波面に所定の収差を生じさせる装置及び方法を提供することにあり、そして正確に測定された収差と波面解析器によって計算された収差との比較を所定の収差から理論的に予測される収差で見積もることができる。その後、想定される測定結果からのどのようなずれに対しても補償するよう波面解析器の計算手順に対する調整量を決定し、作ることができる。
【００１８】
図１の光学トレイン１０は、解析のための波面１４が入射する入射瞳１３を含む。第１のアフォーカルなリレー系１５は、例えば、１組のレンズを有し、第１の結像若しくは集光レンズ１６と第１のコリメートレンズ１７を有する。第１のコリメートレンズ１７は第１の結像レンズ１６の第１の焦点１８の下流側に置かれる。第１のアフォーカルなリレー系１５は、中間瞳面１９上に入射した波面１４の光源像を作る。
【００１９】
中間瞳面１９の下流側に第２のアフォーカルなリレー系２０が配置され、それは第１のアフォーカルなリレー系１５のように、第２の焦点２２を有する第２の結像レンズ２１及び第２のコリメートレンズ２３を有する一組のレンズで作られる。第２のアフォーカルなリレー系２０は、中間瞳面１９を微小レンズアレイ１１の面上に結像する。微小レンズアレイ１１は波面１４を多数のウェーブレットにサンプルし、そしてそれは微小レンズアレイ１１の下流側の検出器１２上に突き当たる。それぞれの焦点距離f1からf5は、図１の光学トレイン１０の下に示される。
【００２０】
光学トレイン３０に対する別の構成が図２に示され、この構成はより少ない素子と設置面積しか必要としない。この光学トレイン３０は入射瞳３１と一組のレンズを有する第１のアフォーカルなリレー系１００を含む。そのレンズには第１の結像若しくは集光レンズ３２と第１のコリメートレンズ３３を有する。第１のコリメートレンズ３３は第１の結像レンズ３２の第１の焦点３４の下流に置かれる。第１のコリメートレンズ３３は第１の集光レンズ３２からの波面３５を第一面３６で受光し、第二面３８から平行化された波面３７を出力する。
【００２１】
図２の第１のアフォーカルなリレー系１００は、入射瞳３１を中間瞳面３９上に結像する。反射光学素子４０は中間瞳面３９に置かれる。レンズ３２と３３の間にはビームスプリッタ４１が置かれ、それはペリクルビームスプリッタであってもよく、ビームスプリッタ４１を通して第１の結像レンズ３２を出射する波面３５は実質的に変わりなく通過する。
【００２２】
反射光学素子４０は第１のコリメートレンズ３３を出射した波面３７をレンズ３３を通して戻るように反射する役をつとめ、ここで反射波面３７’のパスは反転し、第１のコリメートレンズ３３は第２の集光レンズとしての役も果たす。反射波面３７’はビームスプリッタ４１で第２のコリメートレンズ４２の方へ反射され、そこで反射波面３７’は第２のコリメートレンズ４２を波面４３として出射する。波面４３は微小レンズアレイ１１上に突き当たる。焦点距離f1からf5は、図２においてそれぞれの光路部分に並べて示される。
【００２３】
シャック・ハルトマン解析器のような、しかしそれに限られるものではない、微小レンズアレイ１１及び検出器１２を含む収差測定器を較正するために、上述した光学トレイン１０及び３０のような光学トレイン、若しくは当業者が思いつくことのできる他の光学トレインを、本発明の方法及びシステムで使用することができる。本発明の教示するところによると、そのようなアベロスコープの較正は、光学トレイン１０及び３０の双方、またはどちらか一方に既知の収差を有する光学素子を用いて実行できる。その光学素子、（ここではアベロスコープ較正素子（ＡＣＤ）という）は、その光学素子を透過した、若しくはその光学素子で反射された波面に対する位相変化を生じさせ、平行光を望ましい波面に変形することで所望の眼の波面を再現するためにモデル化された位相面を有する。そのような光学素子としては、特定の屈折力及び収差で最適化されたレンズ、回折光学素子（ＤＯＥ）、コンピュータ生成ホログラム（ＣＧＨ）、液晶空間光変調器のような空間光変調器（ＳＬＭ）、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）素子、及び連続膜変形ミラー（continuous membrane deformable mirror）を含むことができる。しかし、これらの素子に限られるものではない。また、その光学素子は透過型でも、反射型でもよい。
【００２４】
その光学素子（ＡＣＤ）は、入射瞳面、中間瞳面、及び微小レンズアレイ面のどの位置でも波面測定系に挿入できる。先行技術の系では、アベロスコープの較正は工場設備で入射瞳面に収差を含む波面を入射することによって実行することが必要とされる。本発明の実施態様では、アベロスコープの設置を動かすことなく、設置された場所で如何なる時においても較正することを可能とする。さらに、本発明の光学素子は、連続挿入のために光学素子を保持する回転タレットを用いるといったことにより、光学トレイン中に一度に一つずつ配置可能な複数の光学素子を有するようにしてもよい。
【００２５】
このため、本発明のＡＣＤは、器械の較正及び検証を実行するのに使用することができる。例えば、単色平行光または発散光において、ＡＣＤは高い精度で球面収差を含む波面を提供する（例えば、ツェルニケスペクトル）。しかし、理論的に位相関数φ(x,y)は屈折素子または反射素子のどちらによっても導くことが可能であり、また異なる数式で記述することが可能である。そしてそれは特定のＣＧＨアベレータ（CGH aberrator）をツェルニケ多項式表現を用いてより容易く設計できる可能性がある。
【００２６】
本発明のＡＣＤの実施態様は、既知の値で測定原点を”シフト”する、離散的補償を提供することにも用いることが可能である。例（図３参照）として、与えられた波面測定装置が−12Ｄから8Ｄの間で測定範囲Ｒ1を有する場合（測定範囲は主として焦点ぼけのような１次収差で決定される）、−6Ｄのデフォーカスを生じさせる能力のあるＡＣＤは、測定範囲Ｒ1を−18Ｄまでの新しい測定範囲Ｒ2（即ち、測定範囲Ｒ2は−18Ｄから＋2Ｄまでの測定範囲を提供する）にシフトする。同様に、＋6Ｄのデフォーカスを生じさせる能力のあるＡＣＤは、測定範囲Ｒ1を＋14Ｄまでの新しい測定範囲Ｒ3（即ち、測定範囲Ｒ3は−6Ｄから＋14Ｄまでの測定範囲を提供する）にシフトする。
【００２７】
本発明のアベロスコープの較正及び離散的補償のための方法及びシステムの別の実施態様は、適応性のある光学素子、液晶ＳＬＭ、ＭＥＭＳ素子及び連続膜変形ミラーといったものを用いて連続的補償を提供することを含む。連続的な波面補償及び波面補正は、機能的な視覚の検出及び測定に関する幾つかの応用において、とても有用である。
【００２８】
シャック・ハルトマン解析器における波面収差測定の精度の一部は、検出器面上に微小レンズで生成されるスポットのサイズ、及び２つの隣接するスポットの分離によって決定される。これらの要因は多くのパラメータに依存し、眼の波面測定の場合においては、網膜探査光により生成されるスポットサイズδretinaを含む。
【００２９】
瞳径及び瞳倍率も重要である。例えば、図１の光学トレイン１０を参照すると、波面測定装置の瞳倍率Ｍpupilは以下の式で与えられる。
【００３０】
【数１】
2005152642.tif 000003
【００３１】
図２の光学トレイン３０の場合では、瞳倍率Ｍpupilは以下のようになる。
【００３２】
【数２】
2005152642.tif 000004
【００３３】
図１及び図２でf5として表示される、微小レンズアレイの有効焦点距離、微小レンズの有効径、及び眼の収差もまた重要である。
【００３４】
微小レンズアレイの焦点面でのスポットサイズを計算する近軸的アプローチは図４から図７を参照して示される。網膜から物体空間（図４）では、以下のようになる。
【００３５】
【数３】
2005152642.tif 000005
【００３６】
ここでEFLemmetropは、正視状態での眼の有効焦点距離である。
また、スポットサイズδretinaによる限界角εは以下の式（２）で与えられる。
【００３７】
【数４】
2005152642.tif 000006
【００３８】
ここでニュートンの結像公式を以下に示す（図５）。
【００３９】
【数５】
2005152642.tif 000007
【００４０】
また図５を参照すると以下の式となる。
【００４１】
【数６】
2005152642.tif 000008
【００４２】
アフォーカルリレー系において、瞳倍率は以下のようになる（図６）。
【００４３】
【数７】
2005152642.tif 000009
【００４４】
また瞳間の角倍率は
【００４５】
【数８】
2005152642.tif 000010
【００４６】
となる。
第１と第２のレンズにニュートンの結像公式を適用し、式（５）を適用すると、以下が得られる。
【００４７】
【数９】
2005152642.tif 000011
【００４８】
そして、
【００４９】
【数１０】
2005152642.tif 000012
【００５０】
となる。
微小レンズの焦点面におけるスポットサイズは、図７を参照して以下のように計算できる。
【００５１】
【数１１】
2005152642.tif 000013
【００５２】
ここでdは微小レンズの有効径であり、EFLは微小レンズの有効焦点距離である。
【００５３】
（式２）、（式６）及び（式７）より次式が与えられる。
【００５４】
【数１２】
2005152642.tif 000014
【００５５】
ここでδaは、
【００５６】
【数１３】
2005152642.tif 000015
【００５７】
であり、微小レンズの焦点面でのスポットサイズに対する網膜探査光スポットの寄与を表す。またδbは、
【００５８】
【数１４】
2005152642.tif 000016
【００５９】
であり、屈折による眼の誤差の寄与である。
【００６０】
ＡＣＤが光路中、微小レンズアレイの前面、若しくは中間位置に持ち込まれた場合、眼の収差を劇的に減ずることが可能であり、結果として検出器上のスポットサイズも減少し、そのため検出器でのスポットの分離も向上する。
【００６１】
ＡＣＤの幾つかの計算例を以下に示す。
【００６２】
【表１】
2005152642.tif 000017
【００６３】
【表２】
2005152642.tif 000018
【００６４】
ここでρは正規化された開口半径座標であり、波面方程式はWF = C40(6ρ4−6ρ2−1)である。
【００６５】
例３  コマ収差を生じさせるコンピュータ生成ホログラム
有効径12mm、波長0.8μmに対し、バイナリ面での(ラジアン単位)位相方程式は
【００６６】
【数１５】
2005152642.tif 000019
【００６７】
ここでＡＣＤの有効半径ｒM＝6mmであり、Ａ4＝202、及びｙ0＝0.7mmである。なお、ｙ0はＡＣＤでの座標値であり、また、Ｘ及びＹは中間瞳座標である（mm単位）。ツェルニケ多項式において生じる収差は、μm単位で
【００６８】
【数１６】
2005152642.tif 000020
【００６９】
であり、ここでＣ3-1＝−8.2である。
【００７０】
商用の光設計ソフトウェアを用いて、位相関数により定義された回折面としてＣＧＨをモデル化できる。位相関数は放射型、カーテシアン多項式、ツェルニケ多項式、又はスウェット（Sweatt）モデル位相方程式といった方程式で特定される。基本的に、光学関数φ(x,y)は生成された眼の波面からそのセットアップの焦点までの光線追跡によって決定される。ＣＧＨヌル（CGH null）は、１次回折光に収まらなければならないため、搬送周波数は回折次の分離を確保するように位相関数に追加されなければならない。ＣＧＨはアベロスコープの軸に関して適切に傾けられ、若しくは偏心させられる。
【００７１】
フォトリソグラフィはおそらく最も一般にＣＧＨの作成に用いられる技術である。バイナリオプティクスは３点の主な利点を提供する。１番目は複雑な回折構造を製造する能力であり、２番目は２値位相レベル素子の製造コストが安価であること、そして３番目はマルチレベル素子で高回折効率の可能性を有することである。
【００７２】
回折バイナリ素子で再生された位相関数φ(x,y)は0と2πの整数倍との間に含まれる。その位相プロファイルは以下の式で与えられる。
【００７３】
【数１７】
2005152642.tif 000021
【００７４】
ここでφ0は位相のオフセット定数であり、x、yはＡＣＤ上での座標値である。２値レベルバイナリ位相関数は様々なモードで記述することが可能であり、例えば、
1/2(xk + Xk+1) ≦ x ≦1/2(Xk+1 + xk+1)、k∈Zのとき、Ψbinary(x) = π、
且つ
x∈Rの残りのとき、Ψbinary(x) = 0、
ただしxk及び Xk+1はそれぞれ方程式φ(x,y) = 2kπ及びφ(x,y) = (2k-1)πの解である。
【００７５】
屈折率ｎの基板をエッチングしたＣＧＨにおける表面レリーフプロファイルh(x,y)は、次式で与えられる。
【００７６】
【数１８】
2005152642.tif 000022
【００７７】
典型的には、ＣＧＨは球面波で操作するよう設計される。
【００７８】
例４  既知の収差を生ずる２枚のレンズの組み合わせ
図８は以下の特性を有する接合レンズ５０を描写する。入射瞳径＝10mmである。2枚のレンズ素子は光軸に関してプラスマイナス2mm偏心している。第１の素子５１は平凹レンズであり、第１面の曲率半径が12.55mm、円錐定数0.17、及び12°の傾きを有する。第２の素子52は平凸レンズであり、15.23mmと15.05mmの２つの直交面における曲率半径を有するバイコニック凸面（biconic convex surface）を持つ。この接合レンズで生ずる波面収差はツェルニケ多項式の項で表され、
【００７９】
【数１９】
2005152642.tif 000023
【００８０】
となる。ここで第１の項はコマ収差を表し、第２の項は球面収差を表す。またC3-1 = 7.94、C40 = -0.234であり、ρは正規化された半径開口座標である。
【００８１】
例５  ２つのＣＧＨの組み合わせ
この例では、２つのＣＧＨの”ダブレット”は、ユニークな特徴である、球面収差のない、コマ収差の特定量を提供する。12mmの開口径及び波長λ = 0.82μmに対し、光軸に関してプラスマイナス0.7mm偏心された２つのＣＧＨは次式で与えられる位相関数を有する（ラジアン単位）
【００８２】
【数２０】
2005152642.tif 000024
【００８３】
【数２１】
2005152642.tif 000025
【００８４】
ここでｒは半径座標（mm単位）である。ツェルニケ多項式の項で生じる収差（μm単位）は次式で与えられる。
【００８５】
【数２２】
2005152642.tif 000026
【００８６】
ここでＡＣＤの有効半径rM = 6mmであり、C3-1 = -8.65である。また、Ｘ及びＹは中間瞳座標である（mm単位）。
【００８７】
軸に関する許容度解析及びＡＣＤの横断位置は、配列及び位置のパラメータに対する感度を示すことができる。そのような解析は、本願発明者によって行われている（”導波路的取り扱いにおける、中心化誤差によって導入される眼の収差”、視覚及び眼科学における研究会（"ARVO"）、2002）。
【００８８】
ＡＣＤを含む完全な波面測定装置に対するのと同様に、いずれかのスタンドアロンなＡＣＤに対する干渉計的なセットアップを用いて検証を実行することができる。この場合では、ダブルパスモードでシステムをテストするために微小レンズアレイの前面に平面ミラーを置くことができる。
【００８９】
本発明が波面精度の向上に寄与することは、当業者によって正しく認識されるであろう。さらに、焦点ボケや球面収差といった限られたタイプの眼の収差しか生成できない古典的なレンズに対し、コンピュータ生成ホログラムは、原理的に如何なる個別の眼の収差や複合波面を生成するための異なる収差の組み合わせも再生できる。
【００９０】
前述の記載において、特定の用語が簡潔さ、明快さ、及び理解のために使用されているが、先行技術の要件を超えて不必要な限定がそれらから意味されることはなく、それはそういった言葉がここでは記述目的で使用され、広く解釈されることが意図されているからである。さらに、ここに記述され、描かれた装置の実施態様は単なる例であり、本発明の範囲はその構成の厳密な詳細に限定されるものではない。
【００９１】
ここに記載された発明、構成、操作及びそれらの好ましい実施態様の使用を有するもの、それらから得られた新しく有用な都合のよい結果、新しく有用な構成、及び当業者にとって明らかでリーズナブルなそれらの機械製品は、添付された特許請求の範囲に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の教示するところによる、典型的な収差測定器の光路の概略図である。
【図２】収差測定器の光路の別の実施例の概略図である。
【図３】本発明の装置の実施態様により生じる典型的な範囲シフト能力を描写した図である。
【図４】微小レンズアレイの焦点面でのスポットサイズを計算するための近軸的アプローチで使用される光線追跡グラフである。
【図５】微小レンズアレイの焦点面でのスポットサイズを計算するための近軸的アプローチで使用される光線追跡グラフである。
【図６】微小レンズアレイの焦点面でのスポットサイズを計算するための近軸的アプローチで使用される光線追跡グラフである。
【図７】微小レンズアレイの焦点面でのスポットサイズを計算するための近軸的アプローチで使用される光線追跡グラフである。
【図８】本発明による既知の収差を生じさせるために有用な接合レンズを描写した図である。
【図１】
2005152642.tif 000027
【図２】
2005152642.tif 000028
【図３】
2005152642.tif 000029
【図４】
2005152642.tif 000030
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005152642.tif 000033
【図８】
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