(57)【要約】波面収差を測定するための装置および方法に関する。その装置は、波面（１２６）の選択された部分を反射するための反射装置（１２８）と、選択された部分に関連する情報を獲得するための結像装置（１３２）と、獲得された情報から波面の収差を計算するためのプロセッサ（１３６）とを有する。その方法は、波面（１２６）の選択された部分を結像装置（１３２）に向けて反射する過程と、選択された部分に関連する情報を獲得する過程と、獲得された情報を処理して収差を導出する過程とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波面を測定するセンサであって、
ある向きに反射するための第１の位置と他の向きに反射するための第２の位置とを有する上記波面の第１の部分を反射するための第１の鏡面領域を備えた、上記波面を受容するための複数の鏡と、
上記第１の鏡面領域が上記第１の位置に配置されているとき上記第１の鏡面領域からの上記波面の上記第１の部分が方向付けられ、上記第１の鏡面領域が上記第２の位置に配置されているとき上記第１の鏡面領域からの上記波面の上記第１の部分を受容しない、上記波面の上記第１の部分を検出するための結像装置と、
上記第１の位置と上記第２の位置との間での上記第１の鏡面領域の動きを制御するプロセッサとを有する、波面を測定するセンサ。
【請求項２】
複数の鏡が、第１の位置および第２の位置を有する上記波面の第２の部分を反射するための第２の鏡面領域をさらに備え、上記第２の鏡面領域は、上記第１の位置に配置されているときに上記波面の上記第２の部分を結像装置によって受容される向きに方向付け、上記第２の位置に配置されているときに上記第２の部分を上記結像装置によって受容されない向きに方向付け、
プロセッサが、上記第１の位置と上記第２の位置との間での上記第２の鏡面領域の動きを制御する、請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
第１の鏡面領域および第２の鏡面領域の各々が、少なくともひとつの鏡を有する、請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
プロセッサが、波面の第１の部分に対する第１の波面収差および上記波面の第２の部分に対する第２の波面収差を計算するために、結像装置から情報を受け取ることができる、請求項２記載のセンサ。
【請求項５】
マイクロプロセッサが、実質的に同時に上記第１の鏡面領域を第１の位置に配置し上記第２の鏡面領域を第１の位置に配置することができ、波面の第１の部分および第２の部分に対する第１の波面収差および第２の波面収差を計算する、請求項４記載のセンサ。
【請求項６】
第１の鏡面領域および第２の鏡面領域が波面の第３の部分を反射するための第３の鏡面領域によって分離されていて、上記第３の鏡面領域は、上記波面の上記第３の部分を結像装置に向けて方向付ける第１の位置と、上記波面の上記第３の部分を上記結像装置に受容されないように方向付ける第２の位置とを有する、請求項２記載のセンサ。
【請求項７】
第１の鏡面領域および第２の鏡面領域が第１の位置に配置されているとき第３の鏡面領域は第２の位置に配置されている、請求項６記載のセンサ。
【請求項８】
プロセッサが、波面の第１の部分および第２の部分に対する第１の波面収差および第２の波面収差を計算するために、第１の鏡面領域の第１の位置への配置と第２の鏡面領域の上記第１の位置への配置を異なるタイミングで行う、請求項４記載のセンサ。
【請求項９】
複数の鏡がデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）によって提供されている、請求項１記載のセンサ。
【請求項１０】
結像装置が電荷結合デバイス（ＣＣＤ）からなる、請求項１記載のセンサ。
【請求項１１】
反射装置および結像装置の間に光学的に配置された、上記反射装置からの波面の第１の部分を上記結像装置に向けて反射するための再方向付けミラーをさらに有する、請求項１記載のセンサ。
【請求項１２】
集束光学システムから放射された点源の像の波面の収差を測定する装置であって、
上記集束光学システムへ向けて方向付けられるべきビームを発生するための放射源と、
第１の位置および第２の位置を有する上記点源の像の波面の第１の部分を反射するための第１の鏡面領域を備えた、上記集束光学システムからの上記点源の像の波面を受容するための複数の鏡と、
上記第１の鏡面領域が上記第１の位置に配置されているとき上記第１の鏡面領域からの上記点源の像の波面の上記第１の部分が方向付けられ、上記第１の鏡面領域が上記第２の位置に配置されているとき上記第１の鏡面領域からの上記点源の像の波面の上記第１の部分を受容しない、上記点源の像の波面の上記第１の部分を受容するための結像装置と、
上記第１の位置と上記第２の位置との間での上記第１の鏡面領域の動きを制御するプロセッサとを有する、点源の像の波面の収差を測定する装置。
【請求項１３】
複数の鏡が、第１の位置および第２の位置を有する上記点源の像の波面の第２の部分を反射するための第２の鏡面領域をさらに備え、上記第２の鏡面領域は、上記第１の位置に配置されているときに上記点源の像の波面の上記第２の部分を結像装置によって受容される向きに方向付け、上記第２の位置に配置されているときに上記第２の部分を上記結像装置によって受容されない向きに方向付け、
プロセッサが、上記第１の位置と上記第２の位置との間での上記第２の鏡面領域の動きを制御する、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
反射装置および結像装置の間に光学的に配置された、上記反射装置に対する上記結像装置の配置を容易にするための再方向付けミラーをさらに有する、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
固定ターゲットと、
放射源と集束光学システムとの間に光学的に配置された、上記固定ターゲットをビームと光学的に結合するためのビームスプリッタとをさらに有する、請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
光学的な波面を測定する方法であって、
（ａ）上記光学的な波面のある選択された部分を結像装置に向けて反射する過程と、
（ｂ）上記光学的な波面の他の選択された部分を上記結像装置に向けて反射する過程と、
（ｃ）上記光学的な波面の上記選択された部分の各々の収差を算出するために上記選択された部分の各々に関連する情報を獲得する過程と
を有する、光学的な波面を測定する方法。
【請求項１７】
獲得した情報を分析して選択された部分の各々の収差を求める過程をさらに有する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
光学的な波面の所望の領域に関連する情報が獲得されるまで過程（ｂ）および過程（ｃ）を繰り返す過程をさらに有する、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
所望の領域の収差を算出する過程をさらに有する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
光学的な波面を測定する方法であって、
上記光学的な波面の複数の部分の各々を結像装置に向けて反射する過程と、
上記光学的な波面の収差を求める過程と
を有する、光学的な波面を測定する方法。
【請求項２１】
光学的な波面の収差を求める過程が、
上記光学的な波面の上記複数の部分の各々に対して、上記光学的な波面によって結像装置に形成された像と、収差がない波面の既知の値とを比較する過程と、
上記波面の上記複数の部分の各々の個別の収差を計算する過程と、
上記個別の収差を組み合わせて上記光学的な波面の収差を導出する過程と
を有する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
集束光学システムの波面収差を測定する方法であって、
上記集束光学システム内の反射面にスポットを生成する過程と、
上記集束光学システムから放射された点源の像の複数の部分の各々を結像装置に向けて反射する過程と、
上記集束光学システムの波面収差を求める過程と
を有する、波面収差を測定する方法。
【請求項２３】
波面収差を求める過程が、
複数の部分の各々に対して、点源の像によって結像装置に形成された像と、収差がない像の既知の値とを比較する過程と、
上記複数の部分の各々の個別の収差を計算する過程と、
上記個別の収差を組み合わせて上記集束光学システムの収差を導出する過程と
を有する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
点源の像が反射面のスポットに対応する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
固定ターゲットを生成する過程と、
上記固定ターゲットを上記集束光学システムに向けて通過させる過程と
をさらに有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
眼の波面収差を求める方法であって、
ビームを生成する過程と、
上記ビームを上記眼の網膜上のスポットに向けて通過させる過程と、
上記眼から出射する上記網膜上の上記スポットに対応する波面を複数の鏡の装置に向けて通過させる過程と、
上記複数の鏡の装置に入射した上記波面の複数の部分を結像装置に向けて選択的に反射する過程と
を有する、眼の波面収差を求める方法。
【請求項２７】
固定ターゲットを生成する過程と、
上記固定ターゲットを上記眼に向けて通過させる過程と
をさらに有する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
結像装置上の上記波面の選択的に反射された部分と、収差のない像の既知の値とを比較する過程と、
上記波面の比較された上記選択的に反射された部分を用いて上記眼の波面収差を求める過程と
をさらに有する、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大まかに言って光学器械に関し、より詳しくは波面収差を測定するための方法および装置に関する。本発明は、その他の用途を排除するものではないが、レンズ（例えば、コンタクトレンズ、眼鏡レンズ、眼内レンズ）などの矯正装置での、例えば眼の収差の測定といった眼科の用途での光学的な波面の測定、および、視力を改善するための屈折力の手術の前、手術の間、および術後の眼の収差の評価にとりわけ有用である。
【０００２】
【従来の技術】
ヒトの眼は、レンズを用いて眼の中の網膜上に像を表す光線の焦点を合わせる光学システムである。網膜上に形成される像の鮮明度は眼の視力を決定するための一つの要因である。しかし、レンズ、および、眼の中のその他のコンポーネントおよび材料の欠陥は光線が望ましい経路から偏向する原因となることがある。これらの偏向は、収差と呼ばれ、ぼやけた像、および視力の低下をもたらす。そのため、収差を測定する方法および装置は、そのような問題の矯正を援助するのに望ましい。
【０００３】
眼によって導入される収差を検出するある方法は、眼の中から出射する光線の収差を求める過程を含む。網膜上の点として眼の中に入射された光のビームは、波面として眼の外へ反射または散乱される。波面は眼から出射された光線の向きを表している。波面の各部分の伝播の向きを求めることにより、角膜などの眼の構成要素を通過した光線に導入された収差を求めることができ、矯正することができる。このタイプのシステムでは、求められる収差の精度は、伝播の向きを導出するのに用いられる波面の領域の寸法を低減することによって高められる。
【０００４】
波面の生成の大まかな例示が図１に示されている。図１は、レーザビーム１２を眼１６の網膜２０で反射することによって生成された波面１０の模式図である。レーザビーム１２は網膜２０上の小さいスポット１４に集束する。網膜２０は、拡散リフレクターとして働き、レーザビーム１２を反射して、点源の波面１０を形成する。理想的には、完全な眼から出射した点源からの波面１０は、球面のまたは平坦な波面２２として表される。しかし、波面が眼を通過するときに眼１６によって導入された収差によって、波面１０として例示されているような不完全な波面が形成される。波面１０は、焦点ぼけ、非点収差（乱視）、球面収差、こま収差、およびその他の不規則さを導く収差を表している。これらの収差を測定および矯正することによって、眼１６はその十分な潜在能力、すなわち視覚の解像力の限界に近づくことができるようになる。
【０００５】
図２は、図１に示されたような波面１０を測定するための従来技術の装置を示している図である。収差を測定することによって、矯正レンズを作ることができ、および／または、視力を改善するための矯正手術を行なうことができる。図２では、レーザ２２がレーザビーム１２を生成し、レーザビーム１２はビームスプリッタ２５によって眼１６に向けてルートを決められる。レーザビーム１２は眼１６の網膜２０上にスポット１４を形成する。網膜２０はスポット１４から光を反射し、点源の波面１０を生成し、波面１０は、レンズ、および、眼１６の中のその他のコンポーネントおよび材料を通過するときに収差を与えられる。波面１０はビームスプリッタ２５を通過して波面センサ２６に向かう。図２に示された装置は、単一経路の波面測定システムとして一般的に記載されている。
【０００６】
典型的な従来技術の波面センサ２６は、図３に示すようなアベロスコープ３０および結像面２８を含むか、図４に示すようなハートマン−シャック（Ｈａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ）センサ４０および結像面２８を含む。波面センサ２６は、波面１０をアベロスコープ３０またはハートマン−シャックセンサ４０を通過させることによってサンプリングして、波面１０が結像面２８にスポットの配列を形成するようにする。通常は、結像面２８は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラからなる。基準波面によって形成されたスポットの配列を、波面１０によって形成されたスポットの配列と比較することによって、眼１６によって導入された収差が計算される。
【０００７】
結像面２８の各スポットは、波面１０の一部分を表していて、表される波面１０の一部分が小さいほど求められる収差の精度が高くなる。したがって、図３のアベロスコープ３０の副開口の間隔３２および副開口の寸法３３が小さいほど、および、図４のハートマン−シャックセンサ４０の小レンズの副開口の間隔４２が小さいほど、収差がより正確に求められる。
【０００８】
ハートマン−シャックシステムの一例が、１９９９年７月２日に出願されたウィリアムスら（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）による米国特許第６，０９５，６５１号「視力および網膜像の解像度を改善するための方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｉｍａｇｅｓ）」に記載されていて、この米国特許は参照文献としてその全体が引用される。
【０００９】
しかし、そのような従来技術の装置による収差の解像度は、アベロスコープ３０（図３）のグリッドの寸法（副開口の間隔）３２および副開口の寸法３３によって、ハートマン−シャックセンサ４０（図４）の小レンズの副開口の間隔４２によって、制限される。フォールドオーバのために、グリッドの寸法３２および小レンズの副開口の寸法４２の短縮化は制限される。例えば結像面２８の２つ以上のスポット３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが重なり合って、隣接する副開口のスポットの間で混乱が生ずる場合に、フォールドオーバが起きる。同様に、ハートマン−シャックセンサ４０では、結像面２８の２つ以上のスポット４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄが重なり合う場合に、フォールドオーバが起きる。フォールドオーバは、グリッドの寸法３２または小レンズの副開口の間隔４２が小さすぎる場合、収差の程度が大きい場合、または、これらの状態が組み合わせて起きた場合に、生ずる。このため、グリッドの寸法３２または小レンズの副開口の間隔４２は、広範囲の収差を測定できるようにしながら空間的な解像度を良好にするようにバランスを保って決定されなければならない。したがって、程度の大きい収差を測定するためには空間的な解像度が犠牲にされ、空間的な解像度を高めるためには測定できる収差の程度が犠牲にされる。
【００１０】
アベロスコープおよびハートマン−シャックセンサを用いたアプローチによってもたらされるこの制約は、これらのシステムを用いて高い程度の空間的な解像度で広範囲の収差を測定するための有効性に限界を与えている。これらの限界は、大きな収差を伴う光学システムを測定することを妨げ、したがって、それらのシステムがその十分な潜在能力を獲得することを妨げている。したがって、高い程度の空間的な解像度で広範囲の収差を測定するための眼用の装置および方法が有用である。
【００１１】
発明の概要
本発明は、高い程度の精度で収差を求めるための装置および方法を開示している。その装置は、波面の選択された部分を反射するための複数の鏡と、選択された部分に関連する情報を獲得するための結像装置と、複数の鏡を制御すると共に獲得された情報を翻訳して収差を計算するプロセッサとを含む。その方法は、結像装置に向けて波面の選択された部分を反射する過程と、選択された部分に関連する情報を獲得する過程と、獲得された情報を処理して収差を導出する過程とを含む。本発明の装置および方法は、高い程度の空間的な解像度で広範囲の収差を測定することができる。
【００１２】
波面は、集束光学システム（例えば眼）内の点源に源を発している。その点源は、集束光学システムを通して放射線（例えばレーザー）のビームを入射させ、そのビームを散乱または反射することによって生み出される。レーザービームの経路に配置されたビームスプリッタが、レーザービームが集束光学システムを通るように方向付ける。集束光学システムは、ビームを反射または散乱するための拡散リフレクタとして機能する内部部分を有する。点源から発生した波面は、集束光学システムおよびビームスプリッタを通過し、本発明の波面センサに向かう。波面センサは、波面の歪みをその集束光学システムによって導入された収差の評価値として測定する。次に、収差は波面センサに結合されたプロセッサによって計算される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図５には、本発明に基づく波面測定装置１００の好ましい実施の形態が示されている。図５に示された波面測定装置１００を概観すると、放射源１１０がビーム１１２を発生している。ビーム１１２は必要に応じて設けられるビームスプリッタ１１４を変化せずに通過する。次に、別のビームスプリッタ１１６がビーム１１２を光学システム１１５（例えば眼１１８）に向けて方向付ける。ビーム１１２は角膜１２０を通って眼１１８に入射し、ビーム１１２は眼１１８において網膜１２４によって反射されて点源の像の波面１２６を形成し、波面１２６は眼１１８の外に向かって逆向きに進行する。波面１２６は、収差の原因となる眼１１８内の欠陥の影響を受ける。影響を受けた波面１２６は、ビームスプリッタ１１６を通過して反射装置１２８に向かう。反射装置１２８内の個々の鏡面領域１３０は、再方向付けミラー１３４を介して、波面１２６の部分を選択的に結像装置１３２に向けて反射し、結像装置１３２は波面１２６に関連する情報を獲得する。プロセッサ１３６が用いられて反射装置１３０を制御し獲得された情報を処理する。
【００１４】
放射源１１０は、光子の集束されたビームを生み出すことができる装置で、好ましくはレーザ装置からなる。代わりの放射源１１０として、レーザダイオード、スーパー発光ダイオード、および、本質的に任意の適切な放射デバイスがある。さらに、放射源１１０は、放射源１１０に関連するノイズを補正する空間的なフィルタを含んでいてよい。
【００１５】
ビームスプリッタ１１４は、波面測定装置１００内でビームを選択的に通過させおよび方向付けする装置である。好ましい実施の形態では、ビームスプリッタ１１４は放射源１１０によって生成された光を通過させ、固定ターゲット１１７からの光を反射するように構成されている。このような構成によって、固定ターゲット１１７からの光は、眼１１８に向かって進む放射源１１０からの光と同じ経路に配置される。固定ターゲット１１７は必要に応じて設けられるコンポーネントであり、眼１１８が走査される人の焦点を提供して眼の動きおよび調節（焦点合わせ）を制御する。ビームスプリッタ１１４は、固定ターゲット１１７が用いられない場合には取り除くことができる。好ましくは、ビームスプリッタ１１４は、光の偏光に基づいて光を選択的に通過させまたは反射する偏光ビームスプリッタ１１４である。
【００１６】
別のビームスプリッタ１１６もビームを選択的に通過させおよび方向付けする。ビームスプリッタ１１６は、ビーム１１２および固定ターゲット１１７からの光を光学システム１１５（例えば眼１１８）に向けて反射し、光学システム１１５から出射された光を変化せずに通過させるように構成されている。好ましくは、ビームスプリッタ１１６も上述された偏光ビームスプリッタからなる。
【００１７】
図示された光学システム１１５は眼１１８である。代わりに、光学システムは、反射面およびコンタクトレンズまたは眼鏡、眼およびコンタクトレンズまたは眼鏡、望遠鏡、顕微鏡、またはその他のタイプの光学システムを含んでいてもよい。ここでは、放射源１１０からのビーム１１２は、網膜１２４上にスポット１２２を形成するために回折が制限された瞳孔の口径（約２ｍｍ）よりも十分に小さく保たれている。眼の焦点ぼけおよび／または非点収差（乱視）を補償するために集束レンズがビーム１１２の経路内に用いられてもよい。拡散リフレクタとして働く網膜１２４は、眼１１８から出射する光の実質的な光源となり、これによって波面１２６を形成する。光が網膜１２４から反射されると、眼１１８内の欠陥による収差が導入される。ビーム１１２は小さいので、収差を生み出す眼１１８内の欠陥は眼１１８に入射する光に対してはほとんど影響を及ぼさない。したがって、収差はおもに眼１１８から出射するときに光に導入され、この光学システムを本質的に単一経路の収差測定システムにする。二重経路の収差測定システムは実質的に収差を２回カウントする、例えば、収差が眼１１８に入射する光に導入され、眼１１８から出射する光に再び導入されるので、単一経路の収差測定システムが好ましい。
【００１８】
レンズ１２５などのひとつまたは複数の光学器械が眼１１８と反射装置１２８との間に配置されている。レンズ１２５は、眼１１８と反射装置１２８との間で点源の像の波面１２６を伝達し、波面１２６を形成する波の伝播の向きが眼１１８から反射装置１２８まで通過するときに保存されるようにしている。本発明で用いられるレンズ１２５のような光学器械は当業者にはよく知られている。
【００１９】
反射装置１２８は、鏡面領域１３０（図５および図５Ａ）を形成するまたは形成するようにグループ分けされた複数の鏡１２９を有する。各鏡面領域１３０は、波面１２６のある部分をその他の部分とは独立して測定するために反射することができる（図５Ｂ）。好ましくは、各鏡面領域１３０は、少なくとも２つの向きで配置される。第１の位置１３３（図５Ｂ）では、鏡面領域１３０は鏡面領域１３０の部分に入射した波面１２６の部分１４０を結像装置１３２によって受容される向きに反射し、第２の位置１３５では、鏡面領域１３０は、波面１２６の部分を結像装置１３２から遠ざかる向きで反射する。
【００２０】
各鏡面領域１３０は、単一の鏡１２９、または図５Ａに示されているように好ましくは互いに隣接して配置された複数の鏡１２９からなる。例えば、反射装置１２８が１０００個×１０００個の鏡のひとつの配列を含む場合、各鏡面領域１３０は、ひとつの鏡１２９、図５Ａに示されているような３個×３個の鏡の配列、１００個×１００個の鏡の配列、または他の任意のグループを含んでいてよい。この実施の形態では、各鏡面領域１３０は同じ鏡の形状を有することを意図しているが、そのような形状の同一性は必ずしも必要ではない。
【００２１】
図６は、収差を求めるために、反射装置１２８内の鏡面領域１３０によって結像装置１３２に向けて波面１２６の部分１４０が反射される様子を示している図である。ここでは、鏡面領域１３０はひとつの鏡１２９を有している。鏡１３１のような鏡１２９が第１の位置１３３（図５Ｂ）に配置されているとき、波面１２６の部分１４０は反射された波面の部分１４４として結像装置１３２の結像面１４２に向けて反射される。第２の位置１３５（図５Ｂ）に配置された鏡１３７のような他の鏡１２９は、入射した波面１２６の部分を領域１３９へ向かうような結像装置１４２から遠ざかる向きで反射する。
【００２２】
波面１２６の全体を獲得するためには、各鏡１２９または鏡１３０の各グループは、順番に、その鏡１２９または鏡１３０のグループに入射した波面の対応する部分を結像装置１３２に向けて反射するように配置され、次に、他の鏡１２９が結像装置１３２への反射のために配置されているときは結像装置１３２から遠ざかる向きで反射するように配置される。もちろん、鏡面領域１３０が複数の鏡１２９を有する場合には、各鏡面領域１３０内の全ての鏡１２９はひとつのユニットとして配置されることが好ましい。
【００２３】
波面の部分１４０内の収差は、反射された波面の部分１４４を収差のない経路１４６から鏡１３１に対応する波面の部分１４０の局部的な傾斜に比例する量だけ変位させる。反射された波面の部分１４４の位置と結像面１４２に入射する収差のない経路１４６との間の変位１４５と、波面の部分１４０から結像面１４２までの距離が与えられると、波面の部分１４０の伝播の向きは、逆正接関数などの公知の方法によって、例えば、波面の部分１４０の角度に対向する辺の長さと、その角度に接する辺の長さとの比によって、計算される。次に、波面の部分１４０の収差は、公知の方法を用いて計算される。
【００２４】
好ましい実施の形態では、各鏡面領域１３０は、波面１２６の対応する部分を結像装置１３２に向けて方向付けるための向きで個々に配置され、結像装置１３２では波面のその部分に関連する情報が計算される。代わりに、複数の鏡面領域１３０が、実質的に同時に、波面１２６の対応する部分を結像装置１３２に向けて方向付けるための向きで配置されてもよい。複数の鏡面領域１３０が波面１２６の対応する部分を同時に結像装置１３２に向けて方向付ける場合には、それらの鏡面領域１３０は、結像された領域の間のフォールドオーバを防止するために、結像装置１３２から遠ざかるように反射する他の鏡面領域によって分離されていなければならない。例えば、図５Ａを参照すると、２つの鏡面領域１３０Ａ，１３０Ｃが実質的に同時に波面１２６の対応する部分を結像装置１３２に向けて方向付ける場合、２つの鏡面領域１３０Ａ，１３０Ｃは、波面１２６の対応する部分を結像装置１３２から遠ざかるように反射するための向きで配置された第３の鏡面領域１３０Ｂのようなひとつまたは複数の鏡面領域１３０によって分離される。鏡面領域１３０の寸法、および波面１２６の部分を結像装置１３２に向けて方向付けるための向きに同時に配置される鏡面領域１３０の個数を変更することによって、波面１２６の全体を獲得するのに必要な時間、およびシステムの空間的な解像度を調節することができる。
【００２５】
ひとつの好ましい反射装置１２８はデジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ（商標））である。本発明に基づいて他のタイプの反射装置が用いられてもよいことは当業者には明らかである。ＤＭＤ（商標）は、ホーンベックら（Ｈｏｒｎｂｅｃｋ）による米国特許第５，０９６，２７９号「空間的光モジュレータおよび光変調方法（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」、およびサンプセル（Ｓａｍｐｓｅｌｌ）による米国特許第４，９５４，７８９号「空間的光モジュレータ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）」に記載されていて、これらの特許は参照文献として引用される。
【００２６】
図７は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ（商標））１５０の一部を示している図である。ＤＭＤ（商標）は、数百個または数千個の薄い傾斜可能な鏡１２９の配列を含み、各々の鏡１２９は波面１２６の一部分を反射することができる。図７は、ＤＭＤ（商標）１５０内の２つの別個の鏡１２９を示している。鏡１２９を傾けることができるようにするために、各鏡１２９は、支持ポストに取り付けられたひとつまたは複数のヒンジ１５２に取り付けられていて、下側に配置されたＣＭＯＳ基板１５４上の制御回路から流体（空気または液体）の空隙によって分離されている。制御回路は静電気力を提供し、その静電気力によって各鏡１２９が個別に傾けられる。動作時には、データがＤＭＤ（商標）１５０のメモリセルにロードされ、このデータに基づいて個々の鏡１２９が図５に示すように再方向付けミラー１３４を介して結像装置１３２に向けてまたは結像装置１３２から遠ざかる向きに光を反射するように傾斜される。適切なＤＭＤ（商標）として、テキサス・インスツルメンツ社から入手できるＳＸＧＡおよびＳＶＧＡのＤＭＤ（商標）がある。
【００２７】
図８は、ＤＭＤ（商標）の鏡１２９によって波面の部分１４０（図６）が反射される様子を詳細に示している図である。個々の鏡１２９は、３つの位置（すなわち、−１０°，０°，＋１０°）を有する。図５Ｂの第１の位置１３３を表す＋１０°の位置では、波面の部分１４０は、結像面１４２に向けて方向付けられる。０°の位置および−１０°の位置のいずれかは図５Ｂの第２の位置１３５を表していて、０°の位置および−１０°の位置では、波面の部分１４０は、結像面１４２から遠ざかるように方向付けられる。好ましくは、結像面１４２は、波面の部分１４０からのエネルギーを検出できる複数のセル１４３を含む。ＤＭＤ（商標）の各鏡は３つの位置を有するが、本発明では２つの位置のみを必要とする。
【００２８】
例示された実施の形態では、波面の部分１４０は、再方向付けミラー１３４によって結像装置１３２に向けて方向付けられる。この再方向付けミラー１３４は、反射装置１２８と結像装置１３２との間に光学的に配置されて（必ずしも物理的に配置されていなくてもよい）、鏡面領域１３０からの波面の部分１４０を結像装置１３２に向けて反射する。これによって、結像装置１３２を複数の鏡１２８に対して配置することが容易になる。代わりに、波面の部分１４０は、反射装置１２８から直接結像装置１３２へ向けて通過して、再方向付けミラー１３４が省略されてもよい。
【００２９】
図９は、図５に示された再方向付けミラー１３４の動作を詳細に示している図である。図９では、波面の部分１４４は反射装置１２８内の鏡面領域１３０によって全体の波面１２６とは分離して反射されている。反射された波面の部分１４４は、再方向付けミラー１３４によって反射されて結像装置１３２の結像面１４２に向けられる。波面１２６の測定されない部分１４７は結像装置１４２から離れる向きに方向付けられる。再方向付けミラー１３４は、融通性を加えることによって反射装置１２８に対する結像装置１３２の配置を容易にする。この融通性は、結像装置１３２を反射装置１２８を正面に見る直線上以外の位置に配置できることに起因する。
【００３０】
結像装置１３２は、結像装置１３２に入射するエネルギーの位置を正確に検出できる。好ましくは、結像装置１３２は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラからなる。電荷結合デバイスカメラは、結像面１３３に入射したエネルギーをデジタル表現に変換するデバイスである。電荷結合デバイスはよく知られたデバイスであり、本発明で用いられるのに適したデバイスは当業者には明らかであろう。
【００３１】
プロセッサ１３６は、鏡面領域１３０の向きを制御する。さらに、プロセッサ１３６は結像装置１３２からの情報を受取り、その情報を分析して収差を算出する。情報はプロセッサ１３６によって処理される前に記憶レジスタに記憶されても、直ちに処理されてもよい。好ましい実施の形態では、プロセッサ１３６は結像装置１２８に向けて反射する向きに個々の鏡面領域１３０を異なるタイミングで配置して波面１２６の収差を計算する。別の実施の形態では、プロセッサ１３６は、結像装置１２８に向けて２つ以上の鏡面領域１３０を実質的に同時に配置して波面１２６の収差を計算する。この別の実施の形態では、上述したように、個々の鏡面領域１３０は、個々の鏡面領域１３０に対応する波面１２６の部分の間のフォールドオーバを防止するために、結像装置１３２から遠ざかるように反射する緩衝鏡面領域によって分離されている。複数の鏡１２８の制御、結像装置１３２からの情報の受取り、および、情報の処理は、ひとつのプロセッサによって実行されても、複数のプロセッサによって分割されて実行されてもよい。
【００３２】
本発明のある実施の形態に基づけば、収差矯正装置１３８がプロセッサ１３６に結合されている。代わりに、プロセッサ１３６によって計算された情報が、ハードディスク駆動装置、フロッピー（登録商標）ディスク、サーバー、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、または情報を記憶する本質的に任意の装置に記憶されてもよい。記憶された情報は、次に収差矯正装置１３８に送られる。収差矯正装置１３８は、公知のレンズグラインダー、コンタクトレンズ製造システム、手術用レーザシステム、または、その他の光学システム矯正装置からなる。手術用レーザシステムでは、レーザは、ビームスプリッタ１１６に対して光学的に位置決めされて、眼の外科手術を行なうために、当業者によく知られているように、眼１１８の角膜１２０に向けてレーザ切断ビームを方向付ける。
【００３３】
例示のために、本発明がヒトの眼によって導入される波面の収差の測定に関して説明された。しかし、本発明が、その他の光学システム、例えば、眼鏡、望遠鏡、双眼鏡（双眼顕微鏡）、単眼用器具、コンタクトレンズ、ヒト以外の眼、またはそれらを組み合わせたシステムに用いられることは当業者には明らかであろう。
【００３４】
本発明のわずかな特定の実施の形態が説明されたが、さまざまな変形、変更、改良が当業者には容易に思い至るであろう。そのような変形、変更、および改良は本明細書の開示によって明らかにされていて、本明細書にわざわざ記載されていないけれども本明細書の一部であることが意図されていて、本発明の真髄および範囲内に含まれることが意図されている。したがって、上述された記載は単に例示としてのものであり、限定を意図するものではない。本発明は特許請求の範囲に定義されているようにのみ限定され、かつ特許請求の範囲の定義と等価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
眼の網膜によって反射されたレーザビームによって生み出された波面の模式図である。
【図２】
眼によって導入された収差を測定するための従来技術の装置の模式図である。
【図３】
収差を測定するための従来技術の装置で用いられるアベロスコープの模式図である。
【図４】
収差を測定するための従来技術の装置で用いられるハートマン−シャックセンサの小レンズの配列の模式図である。
【図５】
本発明に基づく光学システムによって導入された収差を測定するための装置の模式図である。
【図５Ａ】
本発明に基づく反射装置の模式図である。
【図５Ｂ】
波面および本発明に基づく結像装置を含む図５Ａの反射装置の断面図である。
【図６】
本発明に基づく波面の一部分の反射を示す模式図である。
【図７】
デジタルマイクロミラーデバイス（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ＤｅｖｉｃｅＤＭＤ）（商標）の一部分の斜視図である。
【図８】
本発明に基づく図７のＤＭＤ（商標）内のひとつの鏡による波面の一部分の反射を示す模式図である。
【図９】
本発明に基づく結像装置での波面の一部分の反射および再方向付けを示す模式図である。
【符号の説明】
１０  波面
１２  レーザビーム
１４  スポット
１６  眼
２０  網膜
２２  レーザ（平坦な波面）
２５  ビームスプリッタ
２６  波面センサ
２８  結像面
３０  アベロスコープ
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ  スポット
３２  副開口の間隔
３３  副開口の寸法
４０  ハートマン−シャックセンサ
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ  スポット
４２  副開口の間隔
１００  波面測定装置
１１０  放射源
１１２  ビーム
１１４  ビームスプリッタ
１１５  光学システム
１１６  ビームスプリッタ
１１７  固定ターゲット
１１８  眼
１２０  角膜
１２２  スポット
１２４  網膜
１２５  レンズ
１２６  波面
１２８  反射装置
１２９  鏡
１３０  鏡面領域
１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ  鏡面領域
１３１  鏡
１３２  結像装置
１３３  第１の位置
１３４  再方向付けミラー
１３５  第２の位置
１３６  プロセッサ
１３７  鏡
１３８  収差矯正装置
１３９  領域
１４０  部分
１４２  結像面
１４３  セル
１４４  部分
１４５  変位
１４６  経路
１４７  測定されない部分
１５０  ＤＭＤ
１５２  ヒンジ
１５４  ＣＭＯＳ基板
【国際公開パンフレット】
2004516457.tif 000003
2004516457.tif 000004
2004516457.tif 000005
2004516457.tif 000006
2004516457.tif 000007
2004516457.tif 000008
2004516457.tif 000009
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【国際調査報告】
2004516457.tif 000030
2004516457.tif 000031
2004516457.tif 000032