(57)【要約】波面収差を測定するための装置および方法が提供される。ビームスプリッターが収差を含む葉面を２つのコンポーネントに分離し、ミラーアレイが各コンポーネントを複数の離散ラインとして集束させ、一方のコンポーネントの離散ラインはもう一方のコンポーネントの離散ラインと異なる向きを有し、画像化装置が離散ラインを検出して波面収差を求める。波面収差を測定するための方法は、波面を２つのコンポーネントに分離する過程と、各コンポーネントを、一方のコンポーネントの離散ラインがもう一方のコンポーネントの離散ラインと異なる向きを有するように、複数の離散ラインとして集束させる過程と、離散ラインに関連した情報を検出する過程とを含む。
2004528910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムから放射された波面の収差を検出するセンサーであって、
上記波面を受容して上記波面を第１の偏光の第１のコンポーネントおよび上記第１の偏光とは区別できる第２の偏光の第２のコンポーネントに分離する、ビームスプリッターと、
上記第１のコンポーネントを反射して第１の向きの第１の複数の離散ラインとして集束させる第１のミラーアレイと、
上記第２のコンポーネントを反射して上記第１の向きと異なる第２の向きの第２の複数の離散ラインとして集束させる第２のミラーアレイと、
上記第１の複数の離散ラインおよび上記第２の複数の離散ラインを検出する画像化装置と
を有する、センサー。
【請求項２】
第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイが、第１の複数の離散ラインが第２の複数の離散ラインに対して実質的に垂直に配置されるように構成されている、請求項１記載のセンサー。
【請求項３】
画像化装置が電荷結合デバイス（ＣＣＤ）からなる、請求項２記載のセンサー。
【請求項４】
電荷結合デバイス上に生成された第１の複数の離散ラインおよび第２の複数の離散ラインを分析するためのプロセッサーをさらに含む、請求項３記載のセンサー。
【請求項５】
ビームスプリッターおよび第１のミラーアレイの間に光学的に配置され、第１のコンポーネントが上記第１のミラーアレイに向けて通過するときに上記第１のコンポーネントを第１の伝播の向きの直線偏光から楕円偏光に変換し、上記第１のミラーアレイからの上記第１のコンポーネントが通過するときに上記第１のコンポーネントを上記楕円偏光から第２の伝播の向きの直線偏光に変換する、第１の四分の一波長板と、
上記ビームスプリッターおよび第２のミラーアレイの間に光学的に配置され、第２のコンポーネントが上記第２のミラーアレイに向けて通過するときに上記第２のコンポーネントを第３の伝播の向きの直線偏光から楕円偏光に変換し、上記第２のミラーアレイからの上記第２のコンポーネントが通過するときに上記第２のコンポーネントを上記楕円偏光から第４の伝播の向きの直線偏光に変換する、第２の四分の一波長板と
をさらに含む、請求項１記載のセンサー。
【請求項６】
ビームスプリッターが、各々第１のミラーアレイおよび第２のミラーアレイによって反射された後の第１のコンポーネントおよび第２のコンポーネントを結合するように構成されている、請求項５記載のセンサー。
【請求項７】
ビームスプリッターが、第２の伝播の向きの直線偏光の第１のコンポーネントおよび第３の伝播の向きの直線偏光の第２のコンポーネントを通過させ第１の伝播の向きの直線偏光の上記第１のコンポーネントおよび第４の伝播の向きの直線偏光の上記第２のコンポーネントを反射するように構成された偏光ビームスプリッターからなる、請求項６記載のセンサー。
【請求項８】
第１の伝播の向きおよび第４の伝播の向きが等しく、第２の伝播の向きおよび第３の伝播の向きが等しい、請求項７記載のセンサー。
【請求項９】
画像化装置が、第１の複数の離散ラインおよび第２の複数の離散ラインの両方を検出する単一の画像化装置からなる、請求項１記載のセンサー。
【請求項１０】
光学システムから放射された波面の収差を測定するための装置であって、
上記波面を受容して上記波面を第１の偏光の第１のコンポーネントおよび上記第１の偏光とは区別できる第２の偏光の第２のコンポーネントに分離する、ビームスプリッターと、
上記第１のコンポーネントを反射して第１の向きの第１の複数の離散ラインとして集束させる第１のミラーアレイと、
上記第２のコンポーネントを反射して上記第１の向きと異なる第２の向きの第２の複数の離散ラインとして集束させる第２のミラーアレイと、
上記第１の複数の離散ラインおよび上記第２の複数の離散ラインを検出する画像化装置と、
上記画像化装置から受取った検出された情報から波面収差を算出するプロセッサーと
を有する、波面の収差を測定するための装置。
【請求項１１】
波面を生成するために光学システムに向けて案内されるビームを生成する放射源をさらに含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
ビームスプリッターおよび第１のミラーアレイの間に配置され、第１のコンポーネントが上記第１のミラーアレイに向けて通過するときに上記第１のコンポーネントを直線偏光から楕円偏光に変換し、上記第１のミラーアレイからの上記第１のコンポーネントが通過するときに上記第１のコンポーネントを楕円偏光から直線偏光に変換する、第１の四分の一波長板と、
上記ビームスプリッターおよび第２のミラーアレイの間に配置され、第２のコンポーネントが上記第２のミラーアレイに向けて通過するときに上記第２のコンポーネントを直線偏光から楕円偏光に変換し、上記第２のミラーアレイからの上記第２のコンポーネントが通過するときに上記第２のコンポーネントを楕円偏光から直線偏光に変換する、第２の四分の一波長板と
をさらに含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
波面が直線偏光されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
波面の直線偏光の軸を変えるための上記波面およびビームスプリッターの間に配置された二分の一波長板をさらに含む、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
波面が偏光されていない、請求項１０記載の装置。
【請求項１６】
波面が楕円偏光されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１７】
眼から放射された波面を測定する方法であって、
（ａ）上記波面を第１のコンポーネントおよび第２のコンポーネントに分離する過程と、
（ｂ）上記第１のコンポーネントを第１の向きの第１の複数の離散ラインとして集束させ、上記第２のコンポーネントを上記第１の向きとは異なる第２の向きの第２の複数の離散ラインとして集束させる過程と、
（ｃ）上記第１の複数の離散ラインおよび上記第２の複数の離散ラインに関連する情報を検出して上記波面の収差を求める過程と
を含む、波面を測定する方法。
【請求項１８】
過程（ａ）が、波面を異なる偏光の２つの偏光された波面に分離する過程を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
過程（ｂ）が、２つの偏光された波面の一方を第１の複数の離散ラインとして集束させ、上記２つの偏光された波面のもう一方を第２の複数の離散ラインとして集束させ、上記第１の複数の離散ラインが上記第２の複数の離散ラインに対して実質的に垂直をなすようにする過程を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
過程（ｂ）が、第１のコンポーネントおよび第２のコンポーネントを結合する過程をさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
過程（ａ）および結合する過程が、ビームスプリッターによって実行される、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
過程（ａ）が、波面を第１のコンポーネントを生成するための第１の直線偏光の第１の中間波面および第２コンポーネントを生成するための上記第１の直線偏光とは異なる第２の直線偏光の第２の中間波面に分離し、
過程（ａ）および過程（ｂ）の間に、上記第１の直線偏光を第１の楕円偏光に変換し、上記第２の直線偏光を第２の楕円偏光に変換する過程（ａ１）をさらに含み、
上記過程（ｂ）が、上記第１のコンポーネントおよび上記第２のコンポーネントを反射する過程をさらに含み、
上記反射する過程が、上記第１の楕円偏光を上記第１の楕円偏光と逆向きの第３の楕円偏光に変換し、上記第２の楕円偏光を上記第２の楕円偏光と逆向きの第４の楕円偏光に変換する過程を含み、
上記変換する過程と過程（ｂ）の結合する過程との間に、上記第３の楕円偏光を第３の直線偏光に変換し、上記第４の楕円偏光を第４の直線偏光に変換する過程（ｂ１）をさらに含み、
上記第３の直線偏光が上記第２の直線偏光と実質的に等しく、上記第４の直線偏光が上記第１の直線偏光と実質的に等しく、
上記結合する過程が、上記第３の直線偏光の上記第１のコンポーネントと上記第４の直線偏光の上記第２のコンポーネントを結合する過程を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
検出された情報を分析して、波面収差を求める過程をさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
波面収差を求める過程が、
過程（ｃ）の間に得られた情報を収差のない波面に対する既知の値と比較する過程と、
波面の収差を算出する過程と
を含む、請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大まかに言って光学機器に関し、より詳しくは波面収差の測定方法および測定装置に関する。本発明は、限定を意図するものではないが、眼の用途で光学的な波面を測定するため、例えば、眼の収差の測定、レンズ（例えば、コンタクトレンズ、眼鏡レンズ、および眼内レンズ）のような矯正器具の開発、および、視力を改善するための屈折矯正手術の前、手術中、および術後の眼の収差を評価するために、とりわけ有益である。
【背景技術】
【０００２】
ヒトの眼は、眼の網膜上に像を結ぶ光線を集束させるためにいくつかのレンズ要素を用いる光学システムである。網膜上に形成された像の鮮明さは眼の視力を決めるための要因である。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物質の欠陥は、光線を所望の経路から偏向させる原因となる。これらの偏向は、収差と呼ばれ、ぼやけた像および低下した視力をもたらす。一方、収差を測定する方法および装置は、そのような問題を矯正するのを援助するのに望ましい。
【０００３】
眼によって導入された収差を検出するある方法は、眼の中から射出される光線の収差を求めることを含む。網膜上の点として眼に入射された光のビームは、波面として眼の外に反射または散乱され、その波面には眼によって導入された収差が含まれている。波面の個別の部分（すなわち、サンプル）の伝播の向きを求めることによって、眼によって導入された収差を求めて補正することができる。このタイプのシステムでは、収差の決定の精度は、サンプルのサイズを小さくすることによって高められる。
【０００４】
波面の発生が図１に大まかに示されている。図１は、眼１６の網膜１４によってレーザービーム１２を反射させて生み出された波面１０の模式図である。レーザービーム１２は網膜１４上の小さいスポット１８に集束する。網膜１４は、拡散反射面として働き、レーザービーム１２を反射して、点放射源の波面１０を生み出す。理想的には、波面１０は、球面または平面の波面２０によって表現される。しかし、波面１０が眼１６を通って射出するときに眼１６によって導入された収差が、波面１０によって表されている不完全な波面をもたらす。波面１０は、焦点ぼけ、乱視、球面収差、コマ収差、およびその他の不規則を導く収差を表している。これらの収差を測定して補正することによって、眼１６はその最大限の潜在能力に近づき、すなわち、視覚的解像度の上限に近づく。
【０００５】
図２は、図１に示された波面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、矯正用レンズが製造され、および／または、視力を改善するための矯正手技が実施される。図２では、レーザー２２がレーザービーム１２を生成し、レーザービーム１２はビームスプリッター２４によって眼１６に向けて案内される。レーザービーム１２は眼１６の網膜１４上にスポット１８を形成する。網膜１４はスポット１８から光を反射して点放射源の波面１０を生み出し、波面１０は眼１６内のレンズおよびその他のコンポーネントおよび物質を通過するときに収差が与えられる。次に、波面１０はビームスプリッター２４を通過して波面センサー２６に向かう。
【０００６】
典型的な従来技術の波面センサー２６は、図３に示すようにアベロスコープ（aberroscope）２８および画像化平面３０を有するか、図４に示すようにハルトマンシャックセンサー（Hartman-Shack sensor）３２および画像化平面３０を有する。波面センサー２６は、波面１０をアベロスコープ２８またはハルトマンシャックセンサー３２を通過させて、波面１０をサンプリングし、波面１０が画像化平面３０上にスポットの配列を生み出す。画像化平面３０上の各スポットは、波面１０の一部を表し、表される部分が小さいほど、高い精度で収差が求められる。一般的に、画像化平面３０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラからなる。波面１０によって画像化平面３０上に生み出されたスポットの配列を理想的な眼の波面に対応するスポットの基準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算出される。
【０００７】
ハルトマンシャックセンサーシステムの例が１９９９年７月２日に出願されたウィリアムスらによる（Williams）米国特許第６，０９５，６５１号「視力および網膜の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引用される。
【０００８】
しかし、そのような従来技術の装置の収差の解像度は、アベロスコープ２８の小開孔の間隔３４および小開孔の寸法３６（図３を参照のこと）によって、および、ハルトマンシャックセンサー３２の小レンズの小開孔の間隔３８および焦点距離（図４を参照のこと）によって制限される。さらに、各面積が単一のスポットとして表現されるので、各面積に対して獲得される情報量が限定される。さらに、フォールドオーバーのために、小開孔の間隔３４および寸法３６の縮小、小レンズの小開孔の間隔３８の縮小、および、より詳細な情報を獲得する能力が制限される。
【０００９】
フォールドオーバーは、アベロスコープセンサー２８内では、例えば、２つ以上のスポット４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが画像化平面３０上で重なって、隣接する小開孔のスポット間で混同が導かれたときに生じる。同様に、フォールドオーバーは、ハルトマンシャックセンサー３２内では、画像化平面３０上の２つ以上のスポット４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄが重なり合ったときに生じる。フォールドオーバーは、小さすぎる小開孔の間隔３４、小開孔の寸法３６、または小レンズの間隔３８；大きな程度の収差；またはこれらの条件の組み合わせによって生ずる。したがって、アベロスコープ２８の小開孔の間隔３４および小開孔の寸法３６、および、ハルトマンシャックセンサー３２の小レンズの小開孔の間隔３８および焦点距離は、大きな収差の測定を可能にしながら良好な空間解像度を獲得するように選択されなければならない。したがって、大きい程度の収差を測定する能力は空間解像度および／またはダイナミックレンジを犠牲にすることになり、空間解像度および／またはダイナミックレンジを高めることは大きい程度の収差を測定する能力を犠牲にすることになる。
【００１０】
アベロスコープおよびハルトマンシャックセンサーによるアプローチによってもたらされる制約によって、高い程度の精度で収差を測定するためのこれらのシステムの有効性が制限される。これらの制限によって、光学システムがその最大限の潜在能力を獲得することが妨げられる。したがって、高い程度の精度で収差を測定できる眼用の装置および方法が有益である。
【００１１】
本発明は、高い程度の精度で波面収差を求めるための装置および方法を提供する。その装置は、波面を２つのコンポーネントに分離するためのビームスプリッタと、２つのコンポーネントの各々を一方のコンポーネントの離散ラインがもう一方のコンポーネントの離散ラインと異なる向きになるように複数の離散ラインに集束させるためのミラーアレイと、離散ラインを検出して波面収差を求めるための画像化装置とを含む。その方法は、波面を２つのコンポーネントに分離する過程と、２つのコンポーネントの各々を一方のコンポーネントの離散ラインがもう一方のコンポーネントの離散ラインと異なる向きになるように複数の離散ラインに集束させる過程と、離散ラインに関連する情報を検出する過程とを有する。
【００１２】
波面を表す離散ラインを生成することによって、本発明の装置および方法は、高い程度の精度で波面を測定することができる。複数の離散ラインの各々は異なる向きを有するので、複数の離散ラインは本質的に格子（グリッド）として波面を表す。同じ面積を表現する従来技術のシステムによって生成されたスポットに比べてグリッドの各部分に対してより多くの情報が本発明の格子ラインによって提供されるので、本発明は従来技術のシステムに比べてより正確な情報を提供できる。
【００１３】
眼の波面を測定するためのシステムでは、波面は眼の中の点放射源として波面を生み出される。点放射源は、放射線（例えばレーザー）のビームを眼内に案内（direct）して、そのビームを散乱または反射させることによって生成される。レーザービームの経路に配置されたビームスプリッターは、レーザービームを眼内に案内する。眼の網膜は、レーザービームを反射または散乱する拡散反射面として機能する。点放射源から生じた波面は眼から出射してビームスプリッターを通り、本発明の波面センサーに達する。波面センサーは眼によって導入された波面の収差を測定する。次に波面センサーに接続されたプロセッサによって収差が算出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図５は、この場合には眼１０４である光学システム１０２の収差を測定するための本発明に基づく波面測定装置１００の好ましい実施の形態を示している図である。大まかに見ると、ビーム１０６が生成されて眼１０４内に案内される。ビーム１０６は波面１０８として反射されて、眼１０４の外に出て、次に波面１０８の収差を検出するための波面検出装置（ＷＤ装置）１１０に向けて案内される。ＷＤ装置１１０では、波面１０８はＷＤビームスプリッター１１２に向けて通過し、ＷＤビームスプリッター１１２では波面１０８は２つのコンポーネントに分離される。波面の一方のコンポーネントは第１のミラーアレイ１１４Ａに向けて反射され、もう一方のコンポーネントはビームスプリッター１１２を通過して第２のミラーアレイ１１４Ｂに向かう。第１のミラーアレイ１１４Ａおよび第２のミラーアレイ１１４Ｂは、それぞれの表面に入射する波面のコンポーネントを分割、反射、および集束して複数の離散ラインを生成し、複数の離散ラインは最後に画像化装置１１６によって検出される。ＷＤ装置１１０内の他のコンポーネントは、波面の２つのコンポーネントを案内するのに用いられる。本発明が以下により詳細に記載される。
【００１５】
好ましい実施の形態では、例示のために、放射源１１８がビーム１０６を生成し、波面生成（ＷＧ）ビームスプリッター１２０がビーム１０６を眼１０４に向けて案内し、その後に結果として生じた波面１０８が眼１０４の外に出てＷＤ装置１１０に向かう。好ましい実施の形態では、波面１０８は直線偏光されている。代わりに、波面１０８は偏光されなくてもよく、または楕円偏光されてもよい。
【００１６】
例示された光学システム１０２は眼１０４である。代わりに、光学システム１０２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、または他のタイプの分析されるべき光学システムを含んでよい。例示された実施の形態では、放射源１０８からのビーム１０６は、眼１０４の網膜１２４上にスポット１２２として集束する。集束レンズまたは集束レンズシステムが、眼１０４の焦点ぼけおよび／または収差を考慮に入れるためにビーム１０６の経路で用いられてよい。網膜１２４は、拡散反射面として働き、事実上眼１０４から出射する光の光源となり、それによって波面１０８を生成する。眼１０４内の欠陥を原因とする収差が波面１０８に影響を及ぼす。
【００１７】
放射源１１８は、光子の集束ビームを生成できる装置であり、好ましくはレーザーである。代わりの放射源１１８には、レーザーダイオード、スーパー発光ダイオード（super-luminescent diode）、または当業者に知られている集束ビームを生成できる実質的に任意の放射装置がある。さらに、放射源１１８は、放射源１１８に関連するノイズを補正するための空間フィルターを含んでいてよい。好ましい実施の形態では、放射源１１８によって生成されたビーム１０６は偏光されている。
【００１８】
ＷＧビームスプリッター１２０は、ビームを選択的に通過させかつ案内する。ここで、ＷＧビームフィルター１２０はビーム１０６を光学システム１０２に向けて反射し、光学システム１０２から出射した波面１０８をＷＤ装置１１０に向けて変更せずに通過させる。好ましい実施の形態では、ＷＧビームスプリッター１２０は、ある向きに偏光された光を通過させ他の向きに偏光された光を反射する偏光ビームスプリッターからなる。共通の命名規則では、ある向きに偏光された光を「ｐ」偏光の光と呼び、ｐ偏光の光に対して９０度の角度で偏光された光を「ｓ」偏光の光と呼ぶ。ＷＧビームスプリッター１２０が整合されると、ｐ偏光の光を通過させる軸は「ｐ」軸と呼ばれる。ＷＧビームスプリッター１２０が光を好ましい実施の形態で用いるのに適切に案内できるようにする詳細が、以下に説明される。
【００１９】
四分の一波長板１２６は、本明細書で例示されたタイプのシステム１００、すなわちビームを案内するために偏光を用いて眼１０４に入射するビームと眼１０４から出射する光を区別するシステムを援助する光学コンポーネントである。四分の一波長板１２６に達する前に、ビーム１０６は直線偏光である（例えばｓ向き）。四分の一波長板１２６を通過した後はビーム１０６はある向きの楕円偏光である。楕円偏光のビーム１０６は眼１０４の網膜１２４上のスポット１２２に集束する。波面１０８は、網膜１２４で楕円偏光のビーム１０６を反射することによって生み出される。波面１０８が網膜１２４によって反射されることによってビーム１０６とは逆の向きの楕円偏光であることは当業者に理解される。波面１０８が眼１０４から出射した後に、四分の一波長板１２６は楕円偏光の波面１０８を直線偏光にして、眼１０４に入射するビーム１０６の直線偏光に対して９０度の角度をなす向きの直線偏光の波面（例えばｐ向き）を生成する。
【００２０】
例示的な実施の形態では、ＷＧビームスプリッター１２０は、直線「ｓ」偏光のビーム１０６（すなわちＷＧビームスプリッター１２０のｐ軸に対して９０度の角度をなす偏光）を眼１０４に向けて反射する。眼１０４から出射する直線偏光の波面１０８は、四分の一波長板１２６および眼１０４内での反射によって、「ｐ」偏光されている（すなわち、ＷＧビームスプリッター１２０のｐ軸に沿った偏光）。波面１０８がＷＧビームスプリッター１２０のｐ軸に沿った偏光なので、ＷＧビームスプリッター１２０は、波面１０８を変更せずにＷＤ装置１１０に向けて通過させる。
【００２１】
レンズ１２８などのひとつまたはそれ以上の光学装置が波面測定装置１００内に配置されていて、波面１０８を眼１０４および波面検出装置１１０の間で案内する。それらの光学装置は、波面１０８が眼１０４からＷＤ装置１１０まで通過するときに波面１０８を構成する波の伝播方向を保存する。そのような装置は当業者にはよく知られている。
【００２２】
好ましい実施の形態では、波面検出（ＷＤ）装置１１０は、ＷＤビームスプリッター１１２、２つのミラーアレイ１１４Ａ，１１４Ｂ、２つの四分の一波長板１４０Ａ，１４０Ｂ、二分の一波長板１３２、および画像化装置１１６を含む。ＷＤビームスプリッター１１２は、入射した波面１０８を、おのおのが波面１０８全体を表現する２つのコンポーネント１０８Ａ，１０８Ｂに分離する。ＷＤビームスプリッター１１２は、波面１０８のほぼ半分の強度を波面１０８Ａとして（例えば「ｓ」向きに偏光された光として）ミラーアレイ１１４Ａに向けて反射し、波面１０８の残りの半分を波面１０８Ｂとして（例えば「ｐ」向きに偏光された光として）ミラーアレイ１１４Ｂに向けて通過させる。
【００２３】
ある向きに偏光された光が、偏光ビームスプリッターの軸および偏光された光の偏光軸が互いに４５度の角度をなすように配置することによって２つのコンポーネントに分離されることを当業者は理解する。このような配置では、偏光ビームスプリッターは偏光された光の半分の強度を反射し偏光された光の残りの半分の強度を通過させる。例えば、波面１０８は、ＷＤビームスプリッター１１２が「ｐ」偏光の光を波面１０８Ａとして反射し「ｓ」偏光の光を波面１０８Ｂとして通過させるようにＷＤビームスプリッター１１２の軸および波面１０８の偏光軸を互いに配置することによって、２つの偏光されたコンポーネント（例えば「ｓ」偏光の光および「ｐ」偏光の光）に分離される。
【００２４】
ＷＤビームスプリッター１１２の軸および波面１０８の偏光軸を互いに４５度の角度をなすように配置するために、波面１０８の偏光軸をＷＤビームスプリッター１１２の軸に対して回転させ、および／または、ＷＤビームスプリッター１１２の軸を波面１０８の偏光軸に対して回転させてよい。好ましい実施の形態では、公知の二分の一波長板１３２が用いられて波面１０８の偏光軸を４５度だけ回転させて「ｐ＊」偏光の光が得られる。ＷＤビームスプリッター１１２が「ｐ」偏光の光を通過させ「ｓ」偏光の光を反射するように整合されている場合、「ｐ＊」偏光の光は、「ｐ」偏光の波面１０８がＷＤビームスプリッター１１２の「ｐ」偏光軸に対して４５度の角度で配置されているので、２つのコンポーネント（例えば、「ｓ」および「ｐ」）に分離される。他の実施の形態では、ＷＤビームスプリッターの軸がＷＤ装置１１０内の他のコンポーネントと共に波面１０８に対して４５度だけ回転されて、二分の一波長板１３２を必要としなくされている。この構成では、ＷＤビームスプリッター１１２は、「ｐ」偏光の光の強度の一部を「ｐ＊」偏光の光として通過させ、「ｐ」偏光の光の残りの強度を「ｓ＊」偏光の光として反射する。
【００２５】
さらに、波面１０８が楕円偏光の光または偏光されていない光から構成されている場合、楕円偏光の光および偏光されていない光が各々ＷＤビームスプリッター１１２の軸の向きに関係なく２つのコンポーネントに分離されるので、ＷＤビームスプリッター１１２の向きは重要ではなくなることが理解される。楕円偏光の光および偏光されていない光が各々ＷＤビームスプリッター１１２の軸の向きに関係なく２つのコンポーネントに分離され、その理由は楕円偏光の光および偏光されていない光が各々等しい分布の光を含んでいて互いに９０度をなす２つのコンポーネントに分離されるからである。したがって、楕円偏光の光および偏光されていない光に対して、ＷＤビームスプリッター１１２は、ＷＤビームスプリッター１１２の向きに関係なく、かつ二分の一波長板１３２を用いずに、光の半分を「ｓ」偏光の光としてミラーアレイ１１４Ａに向けて反射し、光の残りの半分を「ｐ」偏光の光としてミラーアレイ１１４Ｂに向けて通過させる。
【００２６】
図５をさらに参照すると、ミラーアレイ１１４Ａ，１１４Ｂは、その表面に入射する光を分離、反射、および集束させて複数の離散ラインにする。ミラーアレイ１１４Ａ，１１４Ｂの各々は、複数の円筒形のミラー１３４から構成されていて、各円筒形のミラー１３４は波面１０８の長方形の部分に対応している。好ましくは、複数の円筒形のミラー１３４は、複数の平行な反射溝から形成されている。ミラーアレイ１１４Ａ，１１４Ｂは、一方のミラーアレイ１１４Ａによる長方形の部分およびその長方形の部分から生成された離散ラインが他のミラーアレイ１１４Ｂによる長方形の部分およびその長方形の部分から生成された離散ラインと区別できるように、互いに配置されている。
【００２７】
図６は、一方のミラーアレイ１１４Ａの動作を示していて、ミラーアレイ１１４Ｂも同様に動作する。ミラーアレイ１１４Ａに向かって移動する波面１０８Ａに対して、円筒形ミラー１３４がその対応する表面に入射する波面１０８Ａを波面の部分１３６に分割する。円筒形のミラーアレイ１１４Ａは波面の部分１３６を反射して、波面の部分１３６を複数の離散ライン１３８Ａ（画像化装置１１６上の複数のスポットで表されている）に集束する。好ましくは、円筒形のミラーアレイ１１４Ａが、画像化平面１１６Ａ（画像化装置１１６の底縁部で表されている）上に複数の離散ラインを集束させる。
【００２８】
好ましい実施の形態では、図６Ａおよび図６Ｂに示されているように、ミラーアレイ１１４Ａ，１１４Ｂは、一方のミラーアレイ１１４Ａが波面１０８Ａを複数の垂直な長方形の部分に分割して、その複数の垂直な長方形の部分が反射されて画像化平面１１６Ａ上に複数の垂直な離散ライン１３８Ａ（図６Ａ）として集束され、もう一方のミラーアレイ１１４Ｂが波面１０８Ｂを複数の水平な長方形部分に分割して、その複数の水平な長方形の部分が反射されて画像化平面１１６Ａ上に複数の水平な離散ライン１３８Ｂ（図６Ｂ）として集束されるように、配置されている。好ましくは、離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂを生成する光は、以下に詳細に説明されるように、ＷＤビームスプリッター１１２によって画像化平面１１６Ａに向けて案内される。好ましい実施の形態では、複数の垂直な離散ライン１３８Ａおよび複数の水平な離散ライン１３８Ｂは、同じ画像化平面１１６Ａ上に集束されて、図６Ｃに示されているように波面１０８を表すグリッド（格子）を形成する。他の実施の形態では、複数の垂直な離散ラインおよび複数の水平な離散ラインは各々異なる画像化装置に集束されてよい。
【００２９】
画像化装置１１６（図５）は、画像化平面１１６Ａに入射したエネルギーの位置を正確に検出することができる。好ましくは、画像化装置１１６は、画像化平面に入射したエネルギーをデジタル表現に変換することができる電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラからなる。電荷結合デバイスはよく知られていて、本発明に用いるのに適したデバイスは当業者には明らかであろう。
【００３０】
光学システム１０２によって導入された収差は、離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂに影響を及ぼす。収差のない光学システム１０２では、離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂは実質的に直線状である。しかし、光学システム１０２内の収差によって、離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂは実質的な直線状から変位する。光学システム１０２の収差は、光学システム１０２によって生み出され離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂ上の個々の点と収差のない光学システム１０２による実質的に直線状の離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂ上の対応する点の位置の差を測定し、各点に対する測定された位置の差を生み出す収差を算出することによって求められる。次に、個々の点に対して求められた収差が組み合わされて光学システム１０２の収差が求められる。
【００３１】
光学システム１０２によって生み出された離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂと収差のない光学システムによって生み出された実質的に直線状の離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂの差に基づく収差の算出方法は当業者には容易に分かるであろう。波面１０８を表現するために用いられる離散ライン１３８Ａ，１３８Ｂによって、波面１０８を表現するのに有限個数のスポットを生成する従来技術のシステムに比べて、計算を実行するのにより多くの参照位置を利用できるので、波面１０８をより詳細に分析できるようになる。
【００３２】
四分の一波長板１４０Ａ，１４０Ｂは、各々の対応する波面のコンポーネント１０８Ａ，１０８Ｂを以下に説明するように変更して、波面のコンポーネント１０８Ａ，１０８ＢがＷＤビームスプリッター１１２で再び結合され単一の画像化装置１１６によって測定されるようにする。図５を参照すると、偏光ＷＤビームスプリッター１１２が本発明の例示のために用いられている。上述したように、眼１０４から来る波面１０８はＷＤビームスプリッター１１２によって波面のコンポーネント１０８Ａ，１０８Ｂに分離され、波面のコンポーネント１０８Ａは「ｓ」向きの偏光なのでミラーアレイ１１４Ａに向けて下向に反射され、波面のコンポーネント１０８Ｂは「ｐ」向きの偏光なのでミラーアレイ１１４Ｂに向けてＷＤビームスプリッター１１２を通過する。ＷＤビームスプリッター１１２によって反射された後に、波面のコンポーネント１０８Ａは四分の一波長板１４０Ａを通過して、この四分の一波長板１４０Ａによって直線「ｐ」偏光の波面１０８Ａは楕円偏光の波面１０８Ａに変更される。楕円偏光の波面１０８Ａがミラーアレイ１１４Ａによって反射されると、楕円偏光が反転する。ＷＤビームスプリッター１１２に向けて四分の一波長板１４０Ａを逆向きに通過するとき、反転した楕円偏光の波面１０８Ａは、「ｓ」向きではなく「ｐ」向きの直線偏光の波面のコンポーネント１０８Ａに変化する。こうして「ｐ」向きに直線偏光されているので、波面のコンポーネント１０８Ａはビームスプリッター１１２を通過して画像化装置１１６に向かう。
【００３３】
同じように、ＷＤビームスプリッター１１２を通過してミラーアレイ１１４Ｂに向かう直線「ｐ」偏光の波面のコンポーネント１０８Ｂは、四分の一波長板１４０Ｂを通過し、この四分の一波長板１４０Ｂは直線「ｐ」偏光の波面のコンポーネント１０８Ｂを楕円偏光の波面１０８Ｂに変える。次にこの波面１０８Ｂはミラーアレイ１１４Ｂによって反射されて楕円偏光が反転し、ＷＤビームスプリッター１１２に向けて四分の一波長板１４０Ｂを逆向きに通過するときに直線「ｓ」偏光の波面コンポーネント１０８Ｂに変わり、ＷＤビームスプリッター１１２によって画像化平面１１６に向けて反射され、波面のコンポーネント１０８Ａと再び結合される。
【００３４】
他の実施の形態（図示せず）では、複数の画像化装置１１６が用いられ、それによって波面のコンポーネント１０８Ａ，１０８Ｂを再結合する必要がなくなる。したがって、この実施の形態に基づけば、四分の一波長板が本発明の真髄および範囲を逸脱せずに省略されてよい。
【００３５】
プロセッサ１４２は画像化装置１１６から情報を受取り、その情報を分析して収差を算出する。情報はプロセッサ１４２によって処理される前に記憶レジスタに記憶されてよく、または、直ちに処理されてもよい。画像化装置１１６からの情報の受取り、および、情報の処理は、単一のプロセッサによって実行されても、分割されて複数のプロセッサによって実行されてもよい。
【００３６】
本発明の他の実施の形態に基づけば、収差補正装置１４４がプロセッサ１４２に結合されている。代わりに、プロセッサ１４２によって計算される情報が、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、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：digital versatile disc）または情報を記憶できる本質的に任意の装置に記憶されてもよい。その場合、記憶された情報が波面補正装置１４４に送られる。収差補正装置１４４には、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、外科用レーザーシステム、または、他の光学システムの補正装置が含まれる。外科用レーザーシステムでは、眼の手術を行なうために、当業者によく知られた様式で、レーザーがＷＧビームスプリッター１２０に対して光学的に配置されて、レーザー切断ビームを眼１０４の角膜に向けて案内する。
【００３７】
例示を目的として、本発明がヒトの眼によって導入された波面収差の測定に関して記載された。しかし、本発明が、例えば眼鏡、望遠鏡、単眼鏡、コンタクトレンズ、ヒト以外の眼、またはそれらのシステムの組み合わせによって生み出された収差を測定するためにも用いられることは、当業者には容易に分かるであろう。
【００３８】
本発明がわずかな特定の実施の形態について説明されたが、さまざまな変更、変形、および改良が、当業者には容易に思いつくであろう。そのような変更、変形、および改良は、本明細書の開示内容によって明らかにされていて、本明細書で明確に否定されていない限り本明細書の記載内容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包含されることが意図されている。したがって、上記の記載は単なる例示であり、限定を意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】眼の網膜によって反射されたレーザー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るための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るためのハルトマンシャック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波面の収差を測定するための装置の模式図である。
【図６】本発明に基づく図５の装置で用いるための波面を反射および集束するミラーアレイの模式図である。
【図６Ａ】図５のあるミラーアレイから生じた画像化平面上に表示されたある向きの複数の離散ラインを示す模式図である。
【図６Ｂ】図５の別のミラーアレイから生じた画像化平面上に表示された他の向きの複数の離散ラインを示す模式図である。
【図６Ｃ】図６Ａの複数の離散ラインと図６Ｂの複数の離散ラインの組み合わせを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  波面
１２  レーザービーム
１４  網膜
１６  眼
１８  スポット
２０  波面
２２  レーザー
２４  ビームスプリッター
２６  波面センサー
２８  アベロスコープ
３０  画像化平面
３２  ハルトマンシャックセンサー
３４  小開孔の間隔
３６  小開孔の寸法
３８  小開孔の間隔
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  スポット
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ  スポット
１００  波面測定装置
１０２  光学システム
１０４  眼
１０６  ビーム
１０８  波面
１０８Ａ  波面
１０８Ｂ  波面
１１０  波面検出装置
１１２  ＷＤビームスプリッター
１１４Ａ  第１のミラーアレイ
１１４Ｂ  第２のミラーアレイ
１１６  画像化装置
１１６Ａ  画像化平面
１１８  放射源
１２０  ＷＧビームスプリッター
１２２  スポット
１２４  網膜
１２６  四分の一波長板
１２８  レンズ
１３２  二分の一波長板
１３４  ミラー
１３６  波面の部分
１３８Ａ，１３８Ｂ  複数の離散ライン
１４０Ａ，１４０Ｂ  四分の一波長板
１４２  プロセッサ
１４４  収差補正装置
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2004528910.tif 000030
2004528910.tif 000031