(57)【要約】光学システム（１１０）の波面収差を測定するための改善されたモアレたわみ計デバイス（１００）は、その光学システムの表面領域（１１２）を照明するための光源（１２０）、その波面をモアレ縞パターンに変換するたわみ計構成要素（１５０）に散乱光を指向するための光学リレーシステム（１４０）、その光学システムの射出瞳（１１４）およびそのモアレ縞パターンを画像化および表示するためのセンサ／カメラアセンブリ（１６０）、ならびにその光学システムの射出瞳（１１４）を照明するための照明源（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）（１３０）によって改善されている、その光学システムの波面収差を計算するための縞パターン；ならびにそのデバイスの測定軸をその光学システムに一致してかつ正確に整列するような様式で、その照明源と協働するアラインメントシステム（１８０）を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムの波面収差を測定するためのデバイスであって、該デバイスは、該光学システムの選択された表面領域を照明するために適した光源と、該光学システムの該表面領域から散乱した該光源の照明をたわみ計構成要素へと指向するための光学リレーシステムであって、ここで該たわみ計構成要素は、モアレ縞パターンへと該光学システムからの波面を適合させる、光学リレーシステムと、該光学システムの射出瞳および該モアレ縞パターンを画像化および表示するように適合された、センサ／カメラアセンブリと、該光学システムの該波面収差を計算するように適合された縞パターン分析器とを備え、
該光学システムの該射出瞳を照明するための照明源；および
該デバイスの測定軸を該光学システムに一致して整列させるような様式で該照明源と協働するアラインメントシステム、
によって特徴づけられる、デバイス。
【請求項２】
前記光源からの光は、コヒーレント光である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光源からの光は、前記光学システムの前記選択された表面領域を照明する前に、約１ｍｍまでの回折限界量より大きい断面直径を有する平行ビームの形態にある、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記断面直径は、約３００μと６００μとの間である、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光源の照明は、前記光学システムの中心光軸からずれている入射伝搬軸を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ずれは約１ｍｍである、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光源の照明は、近ＩＲスペクトルの波長を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記波長は、約７７０ｎｍと７９０ｎｍとの間の範囲である、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記波長は約７８０ｎｍである、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記たわみ計は、直交方向において等しく周期的なグリッドラインを有する第１の正方形グリッドであって、該グリッドは、該直交グリッドラインならびに前記センサの水平軸および垂直軸を、該デバイスの基準座標系のｘ軸およびｙ軸に整列させるように、該センサと固定したアラインメント状態にある第１の正方形グリッドを備え、そして該第１の正方形グリッドに実質的に同一な第２の正方形をさらに備え、ここで該第１のグリッドおよび第２のグリッドは、間隔ｎＴにおいて該基準座標系のｚ軸に沿って位置し、ここでｎは、１以上の整数であり、Ｔは、トールボット距離であり、さらにここで該第２のグリッドは、該第１のグリッドに対して角度θでｘ−ｙ平面において回転され、ここでθは０°＜θ＜９０°である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記θは、１°≦θ≦１０°である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記たわみ計は、レーザーエッチングされたグリッドラインを有するガラス材料である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記センサはＣＣＤカメラを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記光学システムの前記射出瞳を照明するための前記照明源は、遠ＩＲスペクトルの波長を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記波長は、約８００ｎｍと９００ｎｍとの間の範囲である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記波長は約８８０ｎｍである、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記照明源は、照明モードおよび非照明モードを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記照明源は、前記射出瞳を均一に照明するように適切に配置された発光デバイスの環の形態である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記アラインメントシステムは、射出瞳の中心位置が十字線上にあることを確認するために、十字線の印を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記十字線の印は、ソフトウェアにより実行される印である、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記縞パターン分析器は、前記モアレ縞パターンのソフトウェア駆動フーリエ変換分析を実行するように適合された構成要素である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記光学システムは、試験レンズであり、前記選択された表面領域は、該試験レンズの散漫に反射する後面の領域である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記光学システムは眼であり、前記選択された表面領域は、該眼の網膜表面の中心窩領域である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
直交方向において等しく周期的な正方形グリッドラインを組み込んでいる、前記第１および第２の透過性材料は、同一のロンキー縞交差対である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項２５】
モアレたわみ計デバイスを使用して、光学システムの波面収差を測定するための方法であって、該方法は、以下の工程：
光源、センサ／カメラアセンブリ、縞パターン分析器、照明源、アラインメントシステム、ならびに第１および第２の正方形グリッドを備えるたわみ計構成要素を備えるデバイスを提供する工程であって、ここで該第１の正方形グリッドは、直交方向において等しく周期的なグリッドラインを有し、該第１の正方形グリッドは、該直交グリッドラインならびに該センサの平行軸および垂直軸を、該デバイスの基準座標系のｘ軸およびｙ軸に対して整列させるように、該センサと固定したアラインメントの状態にあり、さらにここで該第２の正方形グリッドは、該第１の正方形グリッドの距離ｎＴだけ下流に位置し、ここでｎは、１以上の整数であり、Ｔはトールボット距離であり、該第２のグリッドは、該第１のグリッドに対して角度θでｘ−ｙ平面において固定して回転され、ここでθは０°＜θ＜９０°である、工程；
該光学システムの射出瞳を、該照明源からの光で均一に照明する工程；
アラインメントの印を含む該射出瞳の画像を得る工程；
波面測定が行われる毎に、該射出瞳を、該アラインメントの印に対して一致して整列させる工程；
該光学システムの選択された散漫に反射する表面領域を、該光源によって提供される適切なサイズにされた光のスポットにより照明する工程；ならびに
波面収差データを得る工程、
を包含する、方法。
【請求項２６】
前記射出瞳を均一に照明する工程は、発光源の環またはその少なくとも一部分を使用する工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記射出瞳を均一に照明する工程は、８００〜９００ｎｍの範囲の波長を有する光を使用する工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記射出瞳を均一に照明する工程は、約８８０ｎｍの波長を有する光を使用する工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記射出瞳を一致して整列させる工程は、前記射出瞳の中心を、前記デバイスの測定軸に整列させる工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記射出瞳を一致して整列させる工程は、前記射出瞳を通る視軸を、前記デバイスの測定軸に対して整列させる工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記選択された散漫に反射する表面領域を照明する工程は、前記光学システムに平行なコヒーレントビームを直接射出する工程を包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記ビームは、約６００〜１０００μｍの間の直径を有する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、主に、眼の波面感知装置および方法に関し、より具体的には、波面センサ装置およびモアレたわみ計の原理に基づく方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の記載）
１０次のＺｅｒｎｉｋｅ項までの眼の波面収差の測定は、眼科学の分野で、特に、ＬＡＳＩＫ、ＬＡＳＥＫ、ＰＲＫなどの外科手術手順屈折性外科手術に関して、増えつつある応用が継続して見出されている。視力矯正のために、ひとの角膜をどのように最良に再度形作るかを決定するために、角膜の局所解剖構造を単に測定するだけでは、もはや十分ではない。そしてパキメトリーデバイスおよび光線追跡技術と組み合わせて使用される角膜の局所解剖システムは、ひとの眼および視力の問題について多くの情報を提供し得る一方で、収差測定法は、それだけで、その眼の光学システム全体の視覚障害についての独特の情報を提供する。波面感知は、伝統的な焦点ぼけおよび乱視の矯正のための対象物屈折測定（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）から、注文に応じて作った眼科用レンズ（例えば、コンタクトレンズ、ＩＯＬなど）の作製および注文に応じたレーザー切除処置（これは、ヒトの眼の理論上の限界まで視力改善を提供する能力を有する）への寄与までの範囲にわたる応用を有する。
【０００３】
収差計およびこれが機能する原理は、一般に、４つのタイプに分類され得る：（１）射出（ｏｕｔ−ｇｏｉｎｇ）（例えば、Ｈａｒｔｍｎａｍ−Ｓｈａｃｋ）；（２）二重光路（ｄｏｕｂｌｅ−ｐａｓｓ）（例えば、スリットスキオスコピー（ｓｌｉｔ  ｓｋｉｏｓｃｏｐｙ））；（３）入射（ｉｎ−ｇｏｉｎｇ）調節性（例えば、空間分解型屈折計（ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ））；および（４）網膜画像収差測定法（例えば、Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ，Ｔｒａｃｅｙ）。現在市販されている環境において、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面センサに基づく収差測定法が、最も一般的に行われている。しかし、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ、および種々の市販のデバイスにおいて具体化されている他の波面測定原理は、各々、比較的識別可能な利点および欠点を有する。興味のある（ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ）読み手は、Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｆ  Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ−Ｆｒｅｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎの議事録に基づいて、眼科的収差測定法の詳細な総説を提供する、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｅｒｙ，Ｖｏｌ，１６，Ｎｏ．５（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０００）に指示される。
【０００４】
眼科的波面感知および分析は、上記の分類に決して限定されない。精神物理学分野の研究者（例えば、いくらか挙げると、１９６０年代においてはＳｍｉｒｎｏｖ、８０年代中頃においてはＨｏｗｌａｎｄ、ならびに８０年代後期から９０年代中頃においてはＬｉａｎｇおよびＷｉｌｌｉａｍｓ）は、眼の収差データを獲得および分析するために、種々の光学原理を使用した。同様に、眼科的応用のための非常に多くのノウハウが、天文学、戦略的防衛構想、および光学レンズ試験の分野から転用された。
【０００５】
国際特許出願公開ＷＯ９２／０１４１７において、Ｈｏｒｗｉｔｚは、自動化両眼用視力測定ならびにモアレ縞生成および分析による矯正（一般に、モアレたわみ計として公知）を議論した。この公報は、眼の２５６までの収差を測定する性能を有すると主張して、両眼用装置と、注文に応じて作られる眼科用レンズの設計および製造、ならびにレーザー屈折外科手術に対するこの技術の応用とを記載した。１９９９に、Ｈｏｒｗｉｔｚの米国特許第５，９６３，３００号は、モアレたわみ測定法に一部基づいた眼用のバイオメーターを開示し、波面収差情報を提供するためのフーリエ分析の限定された教示を含んでいた。その’３００特許の発行にも拘わらず、眼の波面感知に対する技術の応用は、未だ他に何かを必要とするようであった。その何かは、Ｑｕｉｒｏｇａら，Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｍｏｉｒｅ  ｄｅｆｌｅｃｔｏｇｒａｍｓ，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．３８（６）９７４−９８２  （Ｊｕｎｅ  １９９９）によって、少なくとも一部明らかに提供された。
【０００６】
Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ型の収差計の測定限界およびそれらのサイズ、費用および複雑さが、当業者が十分に認識している論点である。本発明者は、モアレたわみ計の装置および方法に対する改善が、有利なことに、現在の収差計技術に関連した論点の多くに取り組むことができることを認識した。従って、本明細書は、本発明者がより良好な分離能、より高い信頼性、および正確な分析性能を有する波面測定を提供すると考える、Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ型および他の市販の眼科用収差計システムよりも単純で、安価、かつ丈夫な改善されたモアレたわみ計装置および方法を開示する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
本発明の実施形態は、光学システム（好ましくは、生きているヒトの眼および較正目的が意図された試験対象物の）波面収差を測定するためのデバイスに関する。本発明によって具体化されたデバイスは、モアレたわみ計の原理に基づく。モアレたわみ計は、試験中の光学システムの選択された表面領域を証明するために使用される光源、その光学システムの表面領域から散乱した光源の証明を、その光学システムからの射出波面をモアレ縞パターンに変換するたわみ計へと指向するための光学リレーシステム、そのモアレ縞パターンを検出するセンサ／カメラアセンブリ、およびその光学システムの波面収差を計算するために使用される縞パターン分析器を備え、ここでそのデバイスに対する改善は、その光学システムの射出瞳を証明するために使用される照明源、および試験中の光学システムを、そのデバイスの規定された測定軸に一致してかつ正確に整列させる能力を提供するアラインメントシステムによって特徴づけられる。本発明の実施形態の好ましい局面は、以下を包含する：その光源は、その光学システムの前側表面（例えば、涙液膜／角膜）における約１ｍｍまでの回折限界サイズよりも大きい断面直径を有する平行ビームの形態にあるコヒーレント光を発する。その前側表面における平行ビームの伝搬軸は、約１ｍｍだけその光学システムの光学軸から平行にずらされる。好ましい波長は、約７８０ｎｍである。そのたわみ計は、相互に直交性の周期的なグリッドラインを有する第１の正方形グリッド、および第２の（好ましくは同一の）正方形グリッドを備える。その２つの正方形グリッドは、その光学軸上に位置し、その第１のグリッドのグリッドラインは、そのセンサ／カメラアセンブリにおける検出器のアラインメントに対応して、デカルト座標系のｘ−ｙ平面におけるｘ軸およびｙ軸に沿って整列されている。その第２の正方形グリッドは、その第１の正方形グリッドの下流にある１倍以上のトールボット距離に位置し、第１のグリッドに対して０°と９０°との間の角度θ（しかし両端を含まない）でｘ−ｙ平面で回転される。そのセンサ／カメラアセンブリは、好ましくは、そのモアレ縞パターンをその検出器に焦点を合わせるためのレンズと関連づけられたＣＣＤ検出器カメラである。その照明源は、好ましくは、遠ＩＲ源を制御可能であり、その波面測定のアラインメント相の間にその光学システムの射出瞳の均一な照明を提供し、波面測定値の獲得相の間にその光学システムの射出瞳を照明することができない。そのデバイスはさらに、好ましくは、そのデバイスの測定軸に沿ってその射出瞳の中心位置の識別を提供するために、そのカメラディスプレイにソフトウェア生成十字線の印を有するアラインメントシステムを備える。
【０００８】
本発明は、以下の詳細な説明からより容易に明らかになる。しかし、詳細な説明および具体的実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものの、例示として与えられているに過ぎないことが理解されるべきである。なぜなら、本発明の趣旨および範囲内で種々の変更および改変が、詳細な説明および図面および添付の特許請求の範囲に基づいて、当業者に明らかになるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（発明の好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明に従うモアレ波面センサ装置１００の実施形態が、図１に例示される。このデバイス（本質的には、モアレたわみ計）は、光学システム１１０の波面収差を測定および分析する。目的の光学システムは、生きているヒトの眼および較正目的の試験対象物を含むが、本発明は、これらの対象物の測定に限定されない。そのシステム１１０は、単一光路波面測定システムとして機能し、この用語は、当該分野で理解されている。すなわち、適切なスポット直径の光の点放射源が、その光学システムの後側拡散表面１１２；すなわち、網膜に作製される。その後側表面１１２は、波面１２５の形態において、その光学システム１１０を通って、そこから離れる光の小さな点を拡散するように反射および散乱させる。
【００１０】
本明細書に開示される装置の作動の基本的原理は、トールボット画像化に基づく。トールボット画像化は、周期的対象物（ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｏｂｊｅｃｔ）（例えば、透過型回折格子）で起こる回折現象である。平面波による適切な照明の下では、その対象物の完全なレプリカが、図２に例示されるように、トールボット平面といわれる固定された距離で現れる。そのトールボット平面Ｚｊの位置は、その対象物の周期（ｐｅｒｉｏｄ）ｐおよび関係Ｚｊ＝ｐ２ｊ／λに従う光の波長λに依存する。その照明されている波面がたわんでいる場合、そのトールボット画像は、図３に例示されるようにひずんでいる。ひずみの量は、その対象物のグリッド配向に対して垂直な方向における波面傾斜に基づく。交差した格子（図４に例示され、以下に詳述される）は、２つの直交性方向においてその波面傾斜を回復するために使用され得る。大きな格子周期については、そのひずんだトールボット画像が獲得され得、便宜的に分析され得る。しかし、分解能を増すために、より細かい格子周期が、第２の格子をその後のトールボット平面のうちの１つに位置づけ、その第１の格子対象物の平面においてその第２の格子を回転させることによって、使用され得る。このことは、図５に例示されるように、モアレ効果を生じる。そのそのひずんだトールボット画像および第２の格子の重ね合わせは、モアレ縞パターンを生じる。そのモアレパターンの形状は、図６に例示されるように、その波面の傾斜に関連する。
【００１１】
その装置１００は、その光学システム１１０の選択された表面領域１１２を照明するために適した光源１２０、その光学システムの表面領域から散乱した光をたわみ計１５０に指向するための光学リレーシステム１４０（これは、射出波面１２５からのモアレ縞パターン５００を生成する）を備える。センサ／カメラアセンブリ１６０が提供され、モアレ縞パターン（これは、縞パターン分析器１７０（例えば、プログラムされたパーソナルコンピューター）によって分析して、視力測定および視力矯正の方法および装置に関連した種々の有利な目的のために波面収差情報を提供し得る）を獲得するような様式で、整列される。そのデバイス１００は、その光学システムの射出瞳１１４の照明の画像化を提供するための照明源１３０、および示されるデバイスと関連づけられた座標系１９０に関連した一致したアラインメントおよび測定を促進するアラインメントシステム１８０をさらに備える。そのデバイスは、図１に示されるデカルト座標系に関連した配向を有する；すなわち、ｚ軸１８５は、ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ  ｔｈｅ  そのデバイスの測定軸を示し、種々のレンズ、格子および検出器／カメラは、ｘ軸およびｙ軸に対して整列させたｘ−ｙ平面にある。
【００１２】
本発明に従う好ましい実施形態において、その光学システム１１０は、生きているヒトの眼であり、その後側表面の表面領域１１２は、その眼の網膜表面の中心窩領域である。光源１２０は、実質的に光の点放射源の形態で、その光学システムの選択された表面領域を照明するように、照明する。その光源１２０は、好ましくは近ＩＲスペクトルにある波長を有するコヒーレント光を発する、当業者に公知の任意の適した光源であり得る。その波長範囲は、好ましくは約７７０ｎｍ〜７９０ｍｎの間であり、最も好ましくは約７８０ｎｍである。照明１２１は、その光学システムの前側表面１１６またはその付近において、約１ｍｍまでの回折限界量よりもわずかに大きい範囲の断面ビーム直径を有する光の平行ビームの形態にあることように、周知の手段によって、その光源１２０の内部または外部のいずれかから調節される。好ましい眼科的実施形態において、その眼に入射する平行光は、眼の角膜／涙液膜表面において、約３００ミクロンと約１０００ミクロンとの間、より好ましくは、約６００ミクロンと１０００ミクロンとの間のビーム直径を有する。その平行入射ビーム１２１は、好ましくは、約１ｍｍの距離だけシステムｚ軸１８５に対して平行にずれた伝搬軸１１８を有する。その入射ビームのずれは、鏡面反射；例えば、角膜表面からの第１のプルキンエ画像、および測定されるべき波面情報を含む弱い網膜反射を覆い隠し得る、その光学システムの他の表面からの反射、を排除する。角膜表面における小さなずれおよび小さなビーム直径が、入射ビームの角膜誘導性収差を減少させることは、当業者によって理解される。
【００１３】
正視眼において、眼に入射する平面波面は、網膜表面上の点に集められることが周知である。しかし、近視眼または遠視眼は、それぞれ、その網膜の前または後ろの点で同じ入射波面の焦点を集め、その結果、その網膜表面上の光点は、もはや波面誤差の都合のよい測定値またはさらにあり得る測定値に適したサイズの点放射源ではない。本明細書で開示されるように、小さな直径の入射ビーム（光源と対象物との間の光路においていかなる屈折構成要素の必要性をも排除することに起因して、直接入射といわれる）は、外部の焦点合わせオプティクスも偏光オプティクスも、または光路長調節も使用することなく、近視および遠視の焦点ぼけの問題を回避することが実証された。好ましい屈折光学測定範囲は、−１２〜＋６ジオプトリの間であり、より好ましくは、±２０Ｄの間である。照明光の直接入射は、同時係属中の特許出願番号１０／０２７３７７（標題  ＡＢＥＲＲＯＭＥＴＥＲ  ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ（２００１年１２月２１日に出願され、本出願人と共有に係る）に記載される。興味がある読み手はまた、軸がずれた照明を伴う波面センサの詳細な議論についてＷｉｌｌｉａｍｓら、米国特許第６，２６４，３２８号に指示される。これらの参考文献はともに、適用可能な特許法および規則によって許可される程度まで十分に、本明細書に参考として援用される。
【００１４】
眼の網膜表面または光学システムの後側表面は、拡散するように反射し、かつ光の点放射源を散乱させて、たわみのある波面１２５を形成し、その光学システムから離れて移動する。当業者に周知のリレーシステム１４０は、波面１２５の伝搬を以下に記載されるたわみ計１５０に指向する。
【００１５】
そのたわみ計１５０は、２つの構成要素１５１、１５１’から構成される。その構成要素は、各々、等しく周期的に直交性のグリッドライン１５２、１５２’のグリッドを有する；例えば、各構成要素は、図７に示されるように、交差した正方形格子の網線である（本明細書では、第１の正方形グリッド１５１および第２の正方形グリッド１５１’といわれる）。そのグリッドライン１５２（１５２’）は、好ましくは、ガラス基質にレーザーエッチングされるが、本発明に従う構築物においてこのように限定されない。その正方形グリッド１５１、１５１’は、好ましくは、同一である。その同一の正方形グリッド１５１は、その測定軸１８５に沿って位置づけられて、図１に示されるように、左から右へ移動する波面１２５を切り取る。図４により詳細に例示されるように、第１の正方形グリッド１５１は、ｘ−ｙ平面において整列され、その結果、水平グリッドラインは、ｘ軸に対して平行であり、垂直グリッドラインは、そのデバイス座標系のｙ軸に対して平行である。センサ／カメラアセンブリ１６０の検出器部分はまた、ｘ−ｙ平面において、第１の正方形グリッド１５１との実質的に同一のアラインメントの中にあるこのが最も好ましい。これらのアラインメントを結合することができないと、不可能でないにしても、ｘ軸およびｙ軸に沿って測定された収差を分離（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）することが困難になる。これは、眼科的波面感知の応用に好ましい。直前に記載されている同時アラインメント（ｃｏａｌｉｇｎｍｅｎｔ）は、そのデバイスの構造的に固定された特性であり得る。第２の正方形グリッド１５１’は、距離ｎＴだけ図１に示されるようにｚ軸に沿って第１の正方形グリッドの下流にずれており、ここでＴはトールボット距離であり、ｎは、整数である。好ましい実施形態において、ｎ＝１である。そのデバイスにおいて、その第２の正方形グリッド１５１’は、第１の構成要素に対して角度θ（ここで０°＜θ＜９０°）だけｘ−ｙ平面において選択的にかつ固定して傾けられる。Ｑｕｉｒｏｇａら，Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆｍｏｉｒｅ  ｄｅｆｌｅｃｔｏｇｒａｍｓ，Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．３８（６）９７４−９８２（Ｊｕｎｅ  １９９９）（最大限認められる範囲まで本明細書にその全体が参考として援用される）により、格子の代表的な配置（ここでそれらの格子は、θ／２および−θ／２だけ基準軸に対して対称的に格子が回転する）は、その波面勾配のｘ成分およびｙ成分を完全に分離するには十分に適していないことが示された。そのたわみについて得られた結果は、以下：
【００１６】
【数１】
2006521157.tif 000003
である。これらの等式は、グリッドについての標準的な対称的配置を用いると、ｘ方向およびｙ方向におけるたわみの完全な分離を得ることができないことを示す。θ＝０の場合、そのたわみは、分離されるが、その縞出力のフーリエ分析に必要とされる空間的キャリアは存在しない。最も大きな空間的キャリアが、好ましい。従って、θは、ｓｉｎθ／２≠０である程度に十分な値でなければならず、θｍａｘは、ＣＣＤアレイのサイズおよびグリッド間隔Ｐのサイズに依存する。なぜなら、その増幅定数（ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆａｃｔｏｒ）Ｐ’＝Ｐ／θであるからである。θが大きすぎると、ＣＣＤアレイ上で縞を画像化することが困難になり得る。θが小さすぎると、その空間的キャリアが危険になる。モアレたわみ計および分析のより詳細な議論に興味のある読み手は、ＫａｆｒｉおよびＧｌａｔｔ  標題Ｔｈｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｍｏｉｒｅ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９９０）（最大限認められる範囲まで本明細書にその全体が参考として援用される）によりそのテキストに指示される。
【００１７】
縞パターンセンサ／カメラアセンブリ１６０（好ましくは、ＣＣＤ検出器およびカメラを備える）が、部分的に、モアレ縞を検出し、このデータを縞分析器１７０に送る提供される。そのセンサ／カメラアセンブリ１６０はまた、その光学システムの射出瞳；すなわち、眼の瞳孔を画像化および表示するために使用される。この点で、そのデバイス１００は、照明源１３０および協働して係合されるアラインメントシステム１８０をさらに備える。照明源１３０によって発せられた光は、射出瞳平面を均一に照明するべきである。その光は、光応答に起因して瞳孔サイズを変化させないが、同時にその射出瞳を画像化するためのカメラによって検出可能である波長範囲の遠ＩＲスペクトルの中にある。約８８０ｎｍの波長が、有効であることが示されるが、他の波長もまた、当業者が認識するように、使用され得る。作動時に、その照明源は、患者の目のアラインメントの間に照明モード（オン）にある。その波面測定が行われている間（測定モードといわれる）、その照明源は、非照明モード（オフ、またはそうでなければ、眼が照明されないようにされる）にある。例示的実施形態において、その照明源は、その射出瞳平面を一様に照明するように適切に配置されたＬＥＤの完全な環または部分的な環の形態である。
【００１８】
波面収差を正確にかつ一致して測定する目的で、デバイス１００の測定軸１８５と、測定されるべき眼の間を、正確にかつ一致して整列させなければならない。この光学システムの射出瞳が適切に中心合わせおよび整列されない場合、この射出瞳の画像は、通常は円形の画像として現れ得るが、この画像は、誤アラインメントに起因して、気付かずにぼやけ得る。このデバイスを一致して中心合わせおよび整列させることの失敗は、測定値が得られるごとに、測定されている眼からの、異なる間違った波面測定を生じ得る。アラインメントシステム１８０および関連する手順の一部分として、図８に図示されるような十字線の印３１５が提供されて、射出瞳１１４をこのデバイスの測定軸１８５に対して中心合わせする際に補助する。この瞳は、カメラ１６０を通して直接観察され得る。好ましい実施形態において、十字線の印は、ソフトウェアで実行され、そして眼の瞳の画像とともに表示されて、使用者が、この瞳の中心に繰り返し焦点を合わせることを可能にする。他のアラインメントスキームが可能である。例えば、視軸が、瞳の中心の代わりにアラインメントのために使用され得る。重要な点は、射出瞳をそれぞれ、測定がなされるごとに、一致して整列させることである。
【００１９】
このデバイスの光学部品（レチクル、レンズ、検出器など）は、８ｍｍまでの直径を有する射出瞳を好ましく測定するために十分であるべきである。この大きさは、注文に応じたレンズまたは屈折手術（例えば、注文に応じたＬＡＳＩＫ、ＬＡＳＥＫ、ＰＲＫなど）より高次の収差の測定および補正のための、実質的な瞳の直径を表す。より大きい直径の測定能力が、望ましくあり得る。±２０ジオプターの動的測定範囲が、好ましい。
【００２０】
縞パターン分析器１７０は、センサ１６０と協働的に係合され、そして検出されるモアレ縞の分析に基づいて、波面の収差を計算するようにプログラムされる。波面収差計算のための、モアレ縞パターンの輪郭（トールボット干渉図、影のパターン）の分析手順は、Ｈｅｒｗｉｔｚの米国特許第５，９６３，３００号（最大限認められる範囲まで、その全体が本明細書中に参考として援用される）において提供された。本質的に、この分析は、縞（モアレ、トールボット、フレスネル、影など）のパターンを検出し、それをデジタル化する工程；空間敵領域からのデジタル画像を、空間的周波数領域に変換する工程；優勢な倍音を決定する工程；この優勢な倍音を、規定された軸における波面図に相関付ける工程；三次元光学領域波面図を計算する工程；ならびに得られた測定値を分析する工程を包含した。モアレたわみ図は、Ｑｕｉｒｏｇａら（同書）によって提供される。当業者は、Ｑｕｉｒｏｇａらの教示を使用して、たわみ図における位相情報から波面情報を抽出するために適切なソフトウェアを開発し得る。
【００２１】
波面収差分析は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の形で表現され得、この多項式は、当業者に公知のように、注文に応じたコンタクトレンズ、注文に応じたＩＯＬなどの設計および製造のための旋盤または他のデバイスをプログラムするため、ならびにレーザー屈折手術において使用される切除パターンを開発するために、使用され得る。
【００２２】
本明細書中に記載されるデバイスは、切り離された波面収差を、焦点なし（二次）から五次を超えるまで、測定し得るので、このデバイスは、対象物フォロプターとしての別の有利な用途を有する。両眼用のデバイスがまた、本明細書中に開示される原理に基づいて、実施され得る。両眼の瞳孔測定法は、両方の瞳孔の挙動が組み合わせられるので、瞳孔の直径を測定するための好ましい方法である。
【００２３】
種々の有利な実施形態が、本発明を説明するために選択されたが、変化および改変が、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明においてなされ得ることが、当業者によって理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従うモアレたわみ計の模式図である。
【図２】図２は、周期的対象物のたわみのない（ｕｎａｂｅｒｒａｔｅｄ）トールボット画像化の原理を例示する。
【図３】図３は、周期的対象物のたわみのあるトールボット画像化を例示する。
【図４】図４は、交差した正方形の周期的対象物のたわみのあるトールボット画像化を例示する。
【図５】図５は、第１の周期的対象物と第２の周期的対象物との間の相対的回転に起因する、モアレ効果を例示する。
【図６】図６は、ひずんだトールボット画像と第２の周期的対象物の重ね合わせに起因する、モアレ効果を例示する。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従うｘ−ｙ平面における２つの交差したグリッドの間の相対的回転の模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に従う十字線と整列させた、試験中の光学システムの射出瞳のカメラ画像の模式図である。
【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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【国際調査報告】
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