(57)【要約】  角膜領域および強膜領域を含む眼の前方表面の正確な測定のための方法および装置の例が開示される。測定は、乱視診断および円錐角膜診断から強膜レンズフィッティングに至るまでの様々な眼科的用途および検眼用途のために使用され得る表面の三次元マップをもたらす。
2016535661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼の前方表面トポグラフィを測定するためのシステムであって、
前記眼の眼表面に向かって光を発するように構成されたパターン投影システムであって、前記眼表面にパターンのシーケンスを投影するように構成されたパターン投影システムと、
前記投影されたパターンシーケンスの結果として得られる前記パターンの１つまたは複数の画像を記録するように構成された１つまたは複数の画像センサと、
前記パターンの前記１つまたは複数の画像から前記眼表面のトポグラフィマップを決定するように構成されたコンピューティングハードウェアを備える分析システムと
を備える、システム。
【請求項２】
前記シーケンスの前記パターンは、単一の波長帯で投影される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記シーケンスの前記パターンは、２つ以上の波長帯で投影される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記投影されたパターンのシーケンス中の１つまたは複数のパターンが、前記眼に適用されるようになされた蛍光物質の励起波長と少なくとも部分的に重複する波長帯で発せられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記投影されたパターンのシーケンス中の１つまたは複数のパターンが、前記眼に適用されるようになされた蛍光物質の励起波長と重複しない波長帯で発せられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記パターン投影システムは、同時または連続的のいずれかで動作され得る３つのモードの中の１つまたは複数において構造化光パターンを生成するように構成され、
第１のモードでは、前記パターン投影システムの発せられる波長範囲が、前記眼表面を調製するために使用される蛍光物質の励起波長と重複するが、前記蛍光物質の蛍光波長とは重複せず、
第２のモードでは、前記パターン投影システムの発せられる波長範囲が、前記眼表面を調製するために使用される蛍光物質の蛍光波長と重複するが、前記蛍光物質の励起波長とは重複せず、
第３のモードでは、前記パターン投影システムの発せられる波長範囲が、前記眼表面を調製するために使用される蛍光物質の励起波長とも前記蛍光物質の蛍光波長とも重複しない、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、前記眼のマイクロサッケード運動間の約０．５秒未満の測定期間で前記眼表面の測定を実施するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記パターン投影システムは、符号化シーケンス中のパターンのシーケンスから複数の個別のパターンを同時に投影するように構成され、各個別のパターンは、非重複波長帯で投影される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記１つまたは複数の画像センサは、別個の記録されたカラーチャネル中に各個別のパターンを記録するように構成されたマルチカラーイメージング検出器を備え、それにより前記システムは、１つまたは複数の露光で前記符号化光シーケンスを投影および記録するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記眼表面に入射する照明レベルは、プロジェクタ焦点の５ｍｍ以内に位置する７ｍｍ開口を通して測定した場合に３．９×１０−３ジュール未満の放射エネルギーである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記眼の視線が複数の視線方向に連続的に固定され得るように構成された固定標的システムをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記固定標的システムは、シーケンスで照明されることとなる複数の標的か、または静止状態もしくは移動中の視線固定標的を表示するように構成された発光画面の一方または両方を備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
プラシド角膜計角膜トポグラフィシステムをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の画像センサの中の少なくとも１つが、複数の波長で前記１つまたは複数の画像の中の少なくとも１つを同時に記録するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記パターン投影システムは、第１の波長のフラットフィールドでおよび第２の波長の１つまたは複数の構造化光パターンで前記眼表面を照明するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記眼表面の前記トポグラフィマップの描画、または前記トポグラフィマップから導き出された１つもしくは複数の検眼値の描画を表示するように構成されたディスプレイデバイスをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
強膜コンタクトレンズ製造システムをさらに備え、前記強膜コンタクトレンズ製造システムに前記眼表面の前記トポグラフィマップに関する情報を通信するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
眼の前方眼表面の三次元トポグラフィモデルを計算するための方法であって、
コンピュータハードウェアを備える眼トポグラフィマッピングシステムの制御下において、
前記前方眼表面から反射または発せられる投影された構造化光パターンの画像を受領するステップであって、前記画像が、パターン投影システムにより前記前方眼表面に投影された画像を記録するように構成された複数のイメージングセンサを備えるシステムから取得されたものである、ステップと、
以下の技術、すなわち
前記複数のイメージングセンサの中の任意の１つと前記パターン投影システムとの間の符号化光三角測量、もしくは
前記複数のイメージングセンサの中の任意の２つの間のラスター立体画像三角測量、
スリットスプライン表面再建、または
位相シフト表面再建
の中の１つまたは複数を利用して受領画像を分析するステップと、
前記分析された画像に少なくとも部分的に基づき前記前方眼表面の少なくとも一部分のトポグラフィの複合測定値を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記前方眼表面の少なくとも一部分のトポグラフィの前記複合測定値を決定する前記ステップは、前記眼の光軸の複数の配向で取得された前記眼の前方表面の部分の複数の個別のトポグラフィ測定値を組み合わせるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の個別のトポグラフィ測定値のそれぞれが、前記前方眼表面から反射した投影された構造化光パターンシーケンスの一連の画像から生成され、各パターンシーケンスは、
前記前方眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、前記蛍光染料の励起波長とは重複しない波長範囲で照明された眼の少なくとも１つの画像と、
前記前方眼表面を調製するために使用される前記蛍光染料の前記励起波長と重複するが、前記蛍光染料の前記蛍光波長とは重複しない波長範囲で照明される少なくとも１つの投影された構造化光パターンと
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記前方眼表面の少なくとも一部分のトポグラフィの前記複合測定値を決定する前記ステップは、
前記前方眼表面のセグメントの各個別の三次元トポグラフィモデルを提供するための前記複数の個別のトポグラフィ測定値のそれぞれを分析するステップ
を含み、
前記個別の三次元トポグラフィモデルは、反射パターンまたは蛍光パターンシーケンスのキャプチャ画像の分析から生成される個別の三次元トポグラフィモデルの三次元座標データと、カラー強度データと、特徴ベース記述とを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の個別のトポグラフィ測定のそれぞれが、離散ステーションモードで行われ、個別のトポグラフィ測定値は、前記眼の光軸が複数の固定位置固定標的の中の１つに向けられた状態で取得され、各個別のトポグラフィ測定値は、前記前方眼表面から反射される投影された構造化光パターンシーケンスの一連の画像から生成され、各パターンシーケンスは、
前記前方眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、前記蛍光染料の励起波長とは重複しない波長範囲で照明された前記眼の少なくとも２つのフラットフィールド画像と、
前記前方眼表面を調製するために使用される前記蛍光染料の前記励起波長と重複するが、前記蛍光染料の前記蛍光波長とは重複しない波長範囲で照明される少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスと
を含み、
前記眼の少なくとも前記２つのフラットフィールド画像の中の少なくとも１つが、前記構造化光パターンのシーケンスに先行し、前記眼の前記少なくとも２つのフラットフィールド画像の中の少なくとも１つが、前記構造化光パターンのシーケンスに後続し、
前記方法は、各個別の三次元トポグラフィモデルへと前記複数の個別の三次元トポグラフィ測定値のそれぞれを処理するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記構造化光パターンシーケンスに先行する前記フラットフィールド画像の中の少なくとも１つと、測定期間中の前記眼の明らかな動きを記述する基準を計算するために前記構造化光パターンに後続するフラットフィールド画像の中の少なくとも１つとを分析するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
各個別の三次元トポグラフィモデルを構築するための少なくとも１つの処理技術を前記計算された基準に少なくとも部分的に基づき決定するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記個別のトポグラフィ測定のそれぞれが、連続処理モデルで行われ、個別のトポグラフィ測定値は、所望の収斂基準または時間しきい値に到達するまで連続ループで取得および処理され、前記方法は、
前記眼の前記配向が測定ウィンドウ中に変化することが可能とされる間に、前記測定ウィンドウ中の前記連続ループ中に取得された個別の三次元トポグラフィ測定値の組合せから前記前方眼表面の複合三次元トポグラフィモデルを計算するステップ
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
連続処理モードで行われた前記個別のトポグラフィ測定のそれぞれが、前記前方眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、前記蛍光染料の励起波長とは重複しない波長範囲により照明された前記眼の少なくとも１つのフラットフィールド画像と、
前記前方眼表面を調製するために使用される前記蛍光染料の前記励起波長と重複するが、前記蛍光染料の前記蛍光波長とは重複しない波長範囲で照明された少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスと
を含み、
前記方法は、
カラーカメラが使用される場合には、時間的に少なくとも部分的に重複する少なくとも１つのフラットフィールド画像および少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスを投影するステップか、または
モノクロカメラが使用される場合には、前記少なくとも１つのフラットフィールド画像および少なくとも１つの投影された構造化光パターンの前記シーケンスを連続的に投影するステップ
をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
各個別の粗三次元トポグラフィモデルの範囲および配向と共に個別の粗三次元トポグラフィへと前記個別のトポグラフィ測定値のそれぞれを処理するステップと、
被検者の測定期間中に得られた前回の粗三次元トポグラフィモデルに各個別の粗三次元トポグラフィモデルを組み合わせて、前記前方眼表面の測定部分の粗複合三次元トポグラフィモデルを生成するステップと、
測定品質および測定完全性の評価基準を得るために前記前方眼表面の前記測定部分の範囲および表面基準を評価するステップと、
前記被検者の視線方向が前記被検者の前記眼の測定の完了を容易にするように調節され得るように、リアルタイムで品質および完全性の測定値を通信するステップと
をさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記投影された構造化光パターンは、平行線のグリッドまたは方形波パターンを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記投影された構造化光パターンは、前記前方眼表面に衝突する照明の入射強度のフレーム間のばらつきを最小限に抑えるように選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記以下の技術の中の１つまたは複数は、前記技術の中の少なくとも２つを含み、前記少なくとも２つの技術は、トポロジー複合測定を制約または洗練するために適用される、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
デカルト空間内で個別の三次元トポグラフィモデルをレジストレーションするために前記前方眼表面の測定部分の個別の三次元トポグラフィモデルの特徴ベース記述を計算するように反射されたフラットフィールド照明の受領画像を分析するステップと、
測定過程にわたり別の個別の三次元トポグラフィモデルに対するまた同じ個別の三次元トポグラフィモデルに対する個別の三次元トポグラフィモデルの回転および並進移動を前記特徴ベース記述に少なくとも部分的に基づいて分析するステップと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
前記特徴ベース記述は、前記眼の角膜縁に対応する点を含み、前記方法は、角膜の光学特性が個別の三次元トポグラフィモデルの回転および並進移動の分析を歪めるのを防止するために、前記個別の三次元トポグラフィモデルの前記特徴ベース記述から角膜領域中の非トポグラフィ特徴を除外したマスキング領域を生成するステップをさらに含み、角膜縁点への平面フィットが、前記眼の光軸のための近似配向を決定するために使用される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記複数のイメージングセンサの中の２つ以上において同時にキャプチャされたフラットフィールド画像を受領するステップと、
１つまたは複数の受領画像中で突出する睫毛により遮蔽された画像の領域を決定するステップと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、「ＳＣＬＥＲＡＬ  ＴＯＰＯＧＲＡＰＨＹ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＤＥＶＩＣＥ」と題する２０１３年１１月８日に出願された米国特許仮出願第６１／９６２，４４９号に基づく利益および優先権を主張するものである。この仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、構造化光アプローチを利用した三次元画像化に関し、より詳細には角膜および強膜の前方表面の眼表面測定に関する。
【背景技術】
【０００３】
角膜表面の正確な情報は、多数の眼症状の診断および治療にとって非常に重要である。角膜は、眼の屈折力の約７０％に関与し、したがって角膜トポグラフィは、見え方の質の決定において非常に重要となる。これは、円錐角膜の診断、適切なソフトコンタクトレンズの選択、強膜レンズの調整、およびトポグラフィ誘導型レーザ角膜内切削形成術（ＬＡＳＩＫ）のために一般的に使用される。
【０００４】
現行では、角膜トポグラフィの大半は、プラシド角膜計を使用して実施される。プラシド角膜計のコンセプトは、１８８０年にＡｎｔｏｎｉｏ  Ｐｌａｃｉｄｏにより紹介され、それ以降角膜トポグラフィのための主要な方法となった。この方法は、角膜の正面に位置決めされた一連の同心状の明色リングおよび暗色リングの角膜反射を視認または撮像することに基づく。同心状ディスクの個数を増やし、眼の周囲の凹状表面にそれらを配置することにより、角膜の大きなセクションを測定することが可能となる。しかし、殆どの場合では、中心ゾーンのデータは補間される必要があり、角膜辺縁のデータは反射が制限されることによりしばしば喪失することになる。さらに、プラシド角膜計は、強膜レンズのカスタム調整にとって重要な強膜形状の測定が不可能である。
【０００５】
プラシド角膜計に加えて、Ｂａｕｓｃｈ  ＆  ＬｏｍｂによるＯｒｂｓｃａｎ  ＩＩなどの走査スリットシステム、Ｚｅｉｍｅｒ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ  ＳｙｓｔｅｍｓによるＧａｌｉｌｅｉなどのシャインプルーフシステム、およびＰａｒ  ＴｅｃｈｎｌｏｇｉｅｓによるＣＴＳなどのラスター立体画像システムが、角膜トポグラフィに使用されてきた。これらのシステムは、角膜頂点のより優れた測定をもたらすが、強膜レンズ調整に必要な角膜辺縁および強膜の範囲には対応していない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、完全な三次元前方眼表面のマッピングのための高度符号化光測定システムに関して述べる。プラシド角膜計測定、走査スリットビーム測定、およびラスター立体画像測定を含む一般的に使用される眼トポグラフィ測定は、角膜の中央領域に焦点を置いてきた。具体的には強膜を含むように、前方表面の全体へとかかる測定を拡張させることは、新たな一連の難点をもたらす。これらには、強膜および角膜の異なる光学特性、主導的に引き戻された場合でも所望の測定領域のかなりの部分を遮蔽し得る眼瞼の干渉、ならびに定期的な無意識のマイクロサッケード運動が含まれる。
【０００７】
本明細書において開示される技術のサンプル実施形態は、上記の難点の中の１つまたは複数に対応するように共にまたは独立的に使用され得る可能な解決策のセットを提供する。前記実施形態では、単一の光プロジェクタが、眼表面に向かって光を送るように位置決めされ、２つ以上のイメージングセンサが、眼表面をイメージングするために位置決めされる。
【０００８】
前記実施形態では、眼の表面は、蛍光染料でコーティングされ、プロジェクタは、前記染料の励起帯に重複する波長で光を投影するように構成される。眼表面を覆う染料から発せられる結果的に得られる蛍光は、イメージングセンサを使用して検出される。上記の蛍光イメージング法の利用により、強膜表面および角膜表面の異なる反射特性の紛糾が解消される。
【０００９】
前記実施形態では、投影される光は、符号化光シーケンスから構成される。このシーケンスは、時系列測定として解釈され得る一連の構造化光パターンを含み、経時的に所与の位置に投影される強度は、各画素または画素の下位領域ごとに一意的なパターンを有するため、立体写真測定ペアの各部材における正確な曖昧でない三角測量点の識別を可能にする。眼の三次元表面を取得するために実施される前記三角測量測定は、２つのカメラの間またはカメラの中の１つとプロジェクタとの間で実施され得る。上述の三角測量測定は、測定冗長性を増加させ測定誤差を低減させるために、個別にまたは上記のものの任意の組合せで実施され得る。前記符号化光シーケンスは、グリッド線間またはグリッド交差点間の補間を必要とする代わりに、パターン領域中の全ての画素を符号化することにより、従来のラスター立体画像法よりも高い分解能測定を可能にする。
【００１０】
表面トポグラフィの従来の符号化光マッピングでは、測定される物体が測定中に動かないように注意が払われる。マイクロサッケード運動は、毎秒１回または２回生じる眼の不随意運動である。したがって、眼の三次元マッピングの最中にはこれらの動きを考慮に入れることが有利である。開示される技術の一実施形態は、構造化光イメージング中に眼の複数波長照明を利用する。１つの波長は、符号化光イメージング中の蛍光染料の励起のために使用され、別の波長は、血管および縁を含むがそれらに限定されない眼表面の特徴が記録された画像で弁別され得るように選択され得る。異なる波長の前記光は、眼に同時にまたは連続的に投影され得る。開示される技術の一実施形態では、前記波長の光は、符号化光シーケンスの前および後に投影され得る。前記実施形態では、符号化光の投影の前および後の画像中の眼表面特徴の位置は、眼が測定中に移動しなかったことと、データセットが三次元表面再建に使用され得ることとを確保するために比較され得る。
【００１１】
本明細書の実施形態により、眼の異なる視線方向ごとに得られた眼表面の複数の測定値を組み合わせることによって、前記眼瞼が手動的に引き戻された場合でも眼瞼によって遮蔽され得る領域を含む完全な前方眼表面の測定が可能となる。前記複数の測定値はそれぞれ、三次元表面座標およびカラー測定値または強度測定値を含む、眼表面の可視領域の部分表面モデルを生成する。モデルのカラー成分または強度成分からの特徴情報は、モデルレジストレーションプロセスの収斂を支援するために使用され、それにより複数の前記部分表面モデルの平滑表面が、全前方眼表面の完全モデルへと空間内で一意的にレジストレーションされ得る。
【００１２】
他の実装形態では、マッピングされている物体は、ヒトまたは動物の眼である必要はなく、任意の他のタイプの表面であってもよい。開示されるシステムおよび方法は、動いているまたは安定しない物体（生物学的または非生物学的）の表面をマッピングするために有利となり得る。
【００１３】
本開示の技術の他の特徴および態様は、本開示の技術の実施形態による特徴を例として示す添付の図面と組み合わされて以下の詳細な説明から明らかになろう。本概要は、添付の特許請求の範囲のみにより定義される本明細書に記載の任意の開示の範囲を限定するようには意図されない。
【００１４】
図面全体を通して、参照番号は、参照される要素同士の間の対応性を示すために再度使用される場合がある。図面は、本明細書に記載される例の実施形態を示すために提供され、本開示の範囲を限定するようには意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】単一のカメラと単一のプロジェクタとの間における立体写真計測三角測量の一例の概略図である。
【図１ｂ】２つのカメラの間における立体写真計測三角測量の一例の概略図である。
【図２】眼表面を測定するためのシステムの一例を示す図である。
【図３】光学ヘッド構成の一例を示す図である。
【図４】フルオレセイン染料で処理され構造化光で照明された眼の画像例を示す図である。
【図５ａ】離散ステーションモードで動作する測定システムのためにフラットフィールドフレームを組み込んだ可能な構造化光照明シーケンスを示す画像例を示す図である。
【図５ｂ】連続処理モードで動作する測定システムのためにフラットフィールドフレームを組み込んだ可能な構造化光照明シーケンスを示す画像例を示す図である。
【図６】眼瞼の下の眼エリアのマッピングのために複数の視線方向についてのデータを取得するための固定標的の使用を示す図である。
【図７】一例の合焦プロセスを示す流れ図である。
【図８】複数カメラおよび単一プロジェクタによる測定構成によって提供される三角測量オプションの概略図である。
【図９】一例のデータ取得プロセスを示す流れ図である。
【図１０】サンプル符号化光符号化シーケンスを示す図である。
【図１１ａ】テンプレート化されたグリッド検索アルゴリズムの一例を示す流れ図である。
【図１１ｂ】サンプルテンプレート化グリッド検索の様々なステージにおけるデータプロダクトの例を示す図である。
【図１２】眼瞼を手動的に引き戻すことにより取得される眼表面の測定された３Ｄ表面の一例を示す図である。
【図１３】眼瞼の下の眼の表面をマッピングするために複数の視線方向にて取得された三次元表面モデルを組み合わせるためのサンプルステッチアルゴリズムを示す流れ図である。
【図１４】眼瞼の下の眼の表面をマッピングするためのステッチアルゴリズムの中間結果および最終結果の例を示す図である。
【図１５】離散ステーションモードで動作するためのサンプル反復データ取得プロセスを示す流れ図である。
【図１６】離散ステーションモードのための一例の処理ツリーを示す流れ図である。
【図１７】連続処理モードの動作についてのサンプル測定プロセスを示す流れ図である。
【図１８】構造化光システムにプラシド角膜計を組み合わせた眼トポグラフィの一構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は、表面測定を実施し、マッピングを行い、眼の角膜領域および強膜領域を含む眼の全前方表面のモデリングを行うためのシステムならびに方法に関する。
【００１７】
一般的に利用される眼トポグラフィの測定は、角膜トポグラフィに重点が置かれており、同心状被照明リングを使用することにより表面勾配をマッピングし特定の仮定に基づきその勾配からトポグラフィ高さ測定値を推定するプラシド角膜計測定と、移動レーザ線またはスリットビーム三角測量法を利用して高さトポグラフィを計算する走査スリット測定と、眼表面に投影された静的パターンから点を三角測量して、かかる三角測量によるポイント間を補間するラスター立体画像測定とが含まれる。走査スリット法およびラスター立体画像測定法は、典型的には、図１ａに概略的に示すように、光源０１０２と、測定されることとなる表面０１０１に対して既知の配向を有するイメージング検出器０１０３とを備え得る、または図１ｂに示すように、測定されることとなる表面０１０４に対して既知の配向を有する２つのイメージング検出器０１０５および０１０６を備え得る、立体写真計測測定ペアを使用する。立体写真計測ペアの較正により、各光源またはイメージング検出器の撮像面内の点の二次元位置から三次元空間内における点の正確な三角測量が可能となる。
【００１８】
本明細書に記載される技術のいくつかの実施形態によれば、眼表面のマッピングおよびモデリングを行うためのシステムは、パターン投影システム、２つのカメラ、および一連の測定の最中に被検者の視線方向を固定するための固定標的アレイから構成される光学測定ヘッドと、測定されることとなる被検者の眼と光学測定ヘッドとの相対配向を制御するために顎および前額レストを有する操縦装置に装着された取付けスタンドを備える光学測定ヘッドのための取付けシステムと、測定値取得を制御し取得されたデータを処理するための測定ヘッドに接続されたコンピューティングデバイスと、ディスプレイ画面とを備えることが可能である。図２は、光学ヘッド０２０１と、可動光学スタンド０２０２を備える操縦装置と、顎レスト０２０５と、前額レスト０２０６と、装着されたコンピューティングデバイス０２０３と、ディスプレイ画面０２０４（本明細書に開示される分析方法を実行するように構成されたコンピュータ処理ハードウェアを備え得る）とを備える、本明細書に記載される技術の一実施形態の概略図である。任意には、いくつかの実施形態では、この技術は、強膜コンタクトレンズ製造システム０２０７と通信状態にあることが可能であり、強膜コンタクトレンズ製造システム０２０７は、被検者の眼の診断またはカスタマイズされた治療のために、または被検者の眼のための強膜コンタクトレンズの製造のために、この技術によって生成された眼のトポグラフィマップに関する情報を利用することが可能である。強膜コンタクトレンズ製造システム０２０７は、システムの残りの部分から地理的に遠隔位置にあることが可能であり、トポグラフィマップ情報は、ネットワーク接続（例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク、またはワイドエリアネットワーク等）により製造システム０２０７へと通信され得る。
【００１９】
図３は、光学測定ヘッドの一実施形態の内部構造を示す。次に図３を参照すると、デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタまたは液晶デバイス（ＬＣＤ）プロジェクタ０３０５と光学ビーム成形アセンブリ０３０６とを備えるパターン投影システムは、眼の表面が投影されるパターン像の焦点被写界深度内に位置するように、眼の正面に位置する。他の実施形態では、任意のタイプのマイクロミラーデバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、または空間光変調器が使用され得る。構造化光パターンのシーケンスが、眼の表面に投影され、涙膜が、フルオレセインなどの蛍光物質で染色される。パターン投影システムは、一部の波長帯では、投影された波長範囲が蛍光物質の励起波長と重複するが、前記蛍光物質の傾向波長とは重複せず、別の波長帯では、投影された波長範囲が蛍光物質の傾向波長と重複するが、前記蛍光物質の励起波長とは重複しないように選択された、少なくとも２つの波長帯で構造化光パターンおよびフラットフィールド照明を生成する。これは、投光路中に光学フィルタを使用することによってか、またはプロジェクタ内に狭波長マルチＬＥＤ（発光ダイオード）光源を使用することによってかのいずれかによって達成される。後者では、マルチＬＥＤ光源の少なくとも１つのＬＥＤが、先述の所要の波長帯のそれぞれに対応する。前記蛍光物質で染色された眼の前方表縁に構造化光パターンを投影することによって、入射する構造化光パターン投影に応じた眼表面の蛍光が結果として得られる。この蛍光は、プロジェクタの各側に特定の角度で位置決めされた２つの電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ０３０１および０３０２を使用して撮像される。カメラの光学素子の焦点被写界深度は、前方眼表面上の蛍光グリッド線の明確な画像が得られるように、パターン投影システム光学素子の焦点被写界深度と一致するように選択される。この実施形態では、各カメラ０３０３の光学系は、蛍光発光フィルタ０３０４を備え、この蛍光発光フィルタ０３０４は、プロジェクタにより出力される励起光の反射部分による干渉を伴わない蛍光信号の撮像を可能にする。カメラ動作は、１つまたは複数の画像が投影される構造化光パターンシーケンス中の各フレームについて各カメラにより記録されるように、プロジェクタ出力と同期される。いくつかの実施形態では、眼表面に入射する照明レベルは、プロジェクタ焦点の５ｍｍ以内に位置する７ｍｍ開口を通して測定した場合に３．９×１０−３ジュール未満の放射エネルギーとなる。
【００２０】
本明細書に記載される一実施形態では、投影される構造化光パターンシーケンスは、一連の交互する垂直平行線および水平平行線のグリッドから少なくとも部分的に構成される。図４は、眼表面に前記グリッドを投影した結果得られるサンプル蛍光画像を示す。提示された画像は、光学測定ヘッドの２つのカメラにより記録され、一方のカメラは、プロジェクタ０４０１の光学軸の右側に位置し、他方のカメラは、パターン投影システム０４０２の光学軸の左側に位置する。
【００２１】
本明細書に記載される技術のいくつかの実施形態では、投影される構造化光パターンシーケンスは、追加のフラットフィールドフレームをさらに含み、このフレームは、投影される構造化光パターングリッドに先行するか、それらのグリッドに後続するか、またはその両方であり得る。これらのフラットフィールドフレーム内で、眼は、カメラの光路中に位置する蛍光発光フィルタの伝送波長と重複するが、涙膜中に導入される蛍光物質の励起波長とは重複しない波長を有する均一またはほぼ均一の光により照明される。単一の画像または複数の画像が、眼の前記フラットフィールド照明の最中に各カメラによって記録される。いくつかの実施形態では、投影される構造化光パターンの励起波長シーケンスの前および後に記録されたこれらの発光波長フラットフィールド照明画像は、眼が測定中に動かなかったことを実証するためにおよび任意のかかる眼の動きにより引き起こされる測定アーチファクトの補正のために使用され得る。眼のマイクロサッケード運動は、０．３〜１秒の間の周期で不随意に生じることが報告されているため、全ての測定シーケンスが約０．５秒未満にわたり続くことが有利となり得る。複数フレームの構造化光シーケンスが利用される実施形態では、発光波長照明イメージングが、眼が測定シーケンス中に動いていないことを実証するために使用され得る。一連の複数の励起波長構造化光照明画像をブラケット露出したフラットフィールド発光波長照明画像を示す一連のサンプル画像が、図５ａに示される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、構造化光シーケンス持続期間は、非重複波長帯で複数の照明パターンを同時に投影し、カラーイメージングシステムを使用し、ハードウェアフィルタリングおよびソフトウェアフィルタリングを使用して処理における各パターンを分離することによって短縮化され得る。かかる実施形態では、構造化光シーケンス持続期間は、単一のカメラフレームと同様の短さとなることが可能であり、典型的には５ミリ秒以下である。
【００２３】
いくつかの実施形態は、快適なフィッティングを求めて強膜レンズのカスタム後方表面を形成するために眼の表面のマッピングを行うために使用され得る。前記用途の場合には、眼表面の測定が、角膜頂点を中心とする１２ｍｍ〜２２ｍｍの直径の円の範囲内で実施されることが有利であり得る。かかる大きな直径の場合には、強膜表面および角膜表面の一部分が眼瞼の背後に隠れ得るため、そこでは測定手順が複雑になる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、固定標的アレイが、各測定が眼表面の異なる部分のデータを含むように複数の視線方向のそれぞれに配向された眼についての測定が行われるように、表面測定プロセスの最中に被検者の視線方向を誘導するために使用され得る。前記実施形態では、固定標的アレイ中の各要素の位置は、測定同士の間で相当の重複が得られるように選択され、これらの重複は、眼瞼により通常は隠れる眼表面の領域を含み得る角膜頂点を中心とする１２ｍｍ〜２２ｍｍ直径領域の範囲内の眼表面の単一の複合モデルを取得するために、複数の測定の後の手動的または自動的なステッチのために使用され得る。図６は、視線固定標的アレイ６０３、６０７、６１１中の３つの異なる被照明要素に対応する３つの視線方向に固定された眼０６０２の測定を含む測定プロセスを示す。各視線方向でキャプチャされたフラットフィールド照明画像が、０６０１、０６０５、および０６０９で示される。
【００２５】
上述の実施形態では、各視線方向で取得された結果的に得られる三次元データセットの手動または自動による記録およびステッチは、蛍光波長照明を使用することにより測定された場合の各データセット中の三次元形状および特徴同士の間の対応性を最適化することによってか、またはフラットフィールド照明中に得られる角膜縁および血管などの光学表面特徴に関するカラー強度特徴またはモノクローム強度特徴の情報に三次元形状との対応の前記最適化を結合させることによってのいずれかにより実施され得る。
【００２６】
いくつかの実施形態では、アラインメントおよびフォーカシングは、手動フォーカシング手順の最中に１つまたは複数のカメラからのリアルタイム表示をシステムのオペレータに提供することによって達成され得る。次いで、フォーカシング手順は、２つの別個のステップへと分離され得る。これらのステップのシーケンスが、図７に記載される。第１のステージでは、眼は、蛍光物質の発光波長およびカメラの光路中に設置されたバンドパスフィルタの伝送波長に重複する波長を有する微光で照明される（０７０１）。このステージの最中に、眼の画像が、ディスプレイに表示され、操縦装置を使用して光学測定ヘッドの位置を手動的に調節することによってカメラ視野内で中心に位置合わせされフォーカシングされる（０７０２）。第２のステップでは、クロスまたは他の焦点パターンが、涙膜および眼表面を染色するために使用された蛍光物質の蛍光励起の波長で動作するプロジェクタにより投影される（０７０３）。光学測定ヘッドの位置が、操縦装置により調節されることにより、眼の蛍光画像中の焦点パターンの位置は、カメラのヴィジョンフレーム内で、およびしたがってディスプレイ画面上でシフトする。光学ヘッドの物理的位置は、ディスプレイ画面上のこの蛍光焦点パターンの明らかな位置がデバイス画面上にやはり表示される対応する固定焦点ガイドパターンに重なるまで、前方または後方に調節される（０７０４）。蛍光画像焦点パターンおよび固定焦点ガイドパターンが、ディスプレイ画面上で同位置に置かれると、眼は、全ての関連する光学系の光学被写界深度内で正確に中心に位置合わせされる。焦点状態の追加の確認が、固定焦点ガイドパターンの色を変化させる方法によってオペレータに提供される。この手順は、マッピング手順の実施のために眼の迅速かつ非常に正確なフォーカシングを可能にする。
【００２７】
いくつかの実施形態では、蛍光の強度が、フォーカシングプロセスの最中または後に評価され、視覚的または聴覚的な示唆が、眼表面上の蛍光染料の状態をオペレータに警告するために使用され得る。染料が不十分である場合には、オペレータは、測定を継続する前に眼により多くの染料を追加するように促され得る。
【００２８】
上述の実施形態の全てにおけるデバイスの動作中に、蛍光および発光波長についての照明の強度は、適切な基準により確立された安全限度を超えないように選択される。
【００２９】
本明細書に記載される一実施形態では、パターン投影システムは、１つまたは複数の連続する所定の二次元パターンを投影することが可能であり得るが、第１のカメラおよび第２のカメラは、静止画または動画のＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、または他のカメラであってもよい。本明細書のトポグラフィシステムは、１〜３つの間の同時立体測定を含む。
【００３０】
別の実施形態では、被検者の眼の眼表面に対してトポグラフィマッピングデバイスをアラインメントおよびフォーカシングするための方法が提供される。トポグラフィマッピングデバイスは、投影システムと、１つまたは複数のイメージングセンサと、ディスプレイとを備えることが可能である。この方法は、１つまたは複数の構造化アラインメントパターンで眼を照明することと、１つまたは複数のイメージングセンサにより１つまたは複数の構造化アラインメントパターンの反射画像または蛍光画像をキャプチャすることと、ディスプレイにリアルタイムで反射画像または蛍光画像を表示することとを含む。トポグラフィマッピングデバイスのフォーカシングは、構造化アラインメントパターンの反射画像または蛍光画像中の可視パターンがディスプレイ上のキャプチャされた反射画像または蛍光画像と共に表示される対応するガイドパターンと視覚的に位置合わせされるように、デバイス位置を調節することによって達成され得る。ディスプレイは、フォーカシングおよびアラインメントプロセスを指示または通知するために、色変化、テキスト指示、音声合図等のインジケータを示すことが可能である。いくつかの実施形態では、方法は、フラットフィールド照明および構造化アラインメントパターンを含む２つの異なる焦点パターンで眼を同時にまたは連続的に照明することを含むことが可能である。いくつかのかかる実施形態では、方法は、反射したフラットフィールド照明の画像を使用してデバイスを視覚的に位置合わせすることを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、フラットフィールド照明は、眼の眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、蛍光染料の励起波長とは重複しない波長範囲で投影され、構造化アラインメントパターンは、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の励起波長と重複するが、蛍光染料の蛍光波長とは重複しない波長範囲で投影される。
【００３１】
図８に示す例示の実施形態では、第１のカメラ０８０３および第２のカメラ０８０４は、測定されることとなる表面の被照明部分を包含する視野を有する立体視ペアを形成するように配置され得る（０８０１）。この場合に、パターン投影システム０８０２からの照明は、第１のカメラの各被照明画素と第２のカメラの各被照明画素との間の対応性をインデックスするために使用され、立体ペアの三次元立体較正は、デカルト空間内の点へとカメラ同士の間の画素対応性を三角測量するために使用され得る。
【００３２】
前記実施形態では、第１のカメラ０８０３およびパターン投影システム０８０２は、符号化光リンク立体ペアを形成するように較正され、投影された符号化光シーケンスにより決定されるような投影パターン中の画素アイデンティティは、第１のカメラ中の被照明画素にインデックスされ、パターンプロジェクタと第１のカメラとの間の３Ｄ構造化光較正は、デカルト空間内の点へとプロジェクタとカメラとの間の整合画素を三角測量するために使用され得る。
【００３３】
前記実施形態では、第２のカメラ０８０４およびパターン投影システムは、符号化光リンク立体ペアを形成するように較正され得る。投影された符号化光シーケンスにより決定されるような投影パターン中の画素アイデンティティは、第２のカメラ中の被照明画素にインデックスされ、パターンプロジェクタと第２のカメラとの間の三次元構造化光較正は、デカルト空間内の点へとプロジェクタとカメラとの間の整合画素を三角測量するために使用され得る。
【００３４】
前記実施形態では、１〜３つの間の上述の立体測定方法が、眼表面の１〜３つの間の異なる測定を行うために同時に使用され得る。次いで、得られた測定値は、全測定領域または眼表面の特定部分の測定精度を上昇させるために、組み合わされるか、平均化されるか、または他の方法で数学的に操作され得る。例えば、プロジェクタと右カメラとの間の三角測量は、眼の右側の測定のために使用され、プロジェクタと左カメラとの間の三角測量は、眼の左側の測定のために使用され得る一方で、２つのカメラの間の三角測量は、眼の中心部分について使用され、測定領域同士の間の重複は、誤差低減を達成するために使用され得る。
【００３５】
複数の他の実施形態は、機能を追加することによって、特徴を追加することによって、または変動する可能性のある表面トポグラフィを有する他の物体へと眼標的を変更することによって実現され得る。
【００３６】
いくつかの実施形態のための測定プロセスが、図９に示される。被検者の眼は、蛍光染料で調製され（０９０１）、光学ヘッドに対して位置決めされる（０９０２）。次いで、コンピューティングデバイスが、正式データ取得を開始する前に、フォーカスおよびデータ品質基準０９０３を計算および確認する。正式データ取得は、ループの形態をとり（０９０４）、構造光パターンシーケンスのフレームが、眼表面に投影され（０９０５）、眼表面からの発光または反射された光が、各イメージング検出器によりキャプチャされ（０９０６）、制御コンピューティングデバイスへと転送される。正式データ取得ループの終わりにて、取得された画像が、前方眼表面の三次元トポグラフィモデルへと処理される（０９０７）。次いで、これらの三次元トポグラフィモデルは、コンピューティングデバイスのメモリに格納され（０９０８）、後に他の測定値と組み合わされ得るかまたは様々なタイプの検眼データプロダクトを計算するために使用され得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、構造化光パターンのシーケンスは、一連の１つまたは複数の二次元符号化光パターンによって部分的に構成され、この一連の１つまたは複数の二次元符号化光パターンは、投影されるパターンまたはパターンの組合せの中の特定の画素または領域が、前記符号化光パターンまたはパターンの組合せによる照明下において取得された眼表面の画像中の特定の画素または領域にインデックスされるのを可能にする。
【００３８】
符号化光パターンの組合せは、プロジェクタ画素アレイの各行および列を一意的に符号化してもよく、またはプロジェクタ画素アレイのタイル状部分を反復的に一意的に符号化し、平滑性および連続性などの表面制約情報に依拠して一意的な画素コードが反復する一連のものから確立されるのを可能にしてもよい。前者のアプローチの一例は、図１０に示す従来の２進符号化方式１００１である。ＯＮ＝１およびＯＦＦ＝０の方形波パターンが、投影され、シーケンス中の各パターンは、方形波パターンが２つの画素のみの波周期を有するまで２倍ずつパターンの周期を増加させる。シーケンス全体について各画素にて時系列値を調査することにより、一意的コード値が、アレイ中の各画素について獲得される。
【００３９】
後者のアプローチの一例は、画素アレイの列に沿って配向された２−ｄアレイの平行ストライプを含む一連のＮ個のフレームであることが可能である。この場合に、各Ｎ番目の列は、値ＯＮ＝１を有し、フレーム中の全ての他の画素は、値ＯＦＦ＝０を有する。シーケンス中の各後のフレームごとに列が１つの画素だけ前方にシフトされると、Ｎ個のフレームを投影し、各列ごとの画素の時系列値を調査することにより、第１のＮ個の列は、一意的な値を有し、次いで次のＮ個の列については、第１のＮ値が繰り返され、この繰返しは、画素アレイの遠端に到達するまでＮ個のコラムの各セットについて継続することが明らかである。すなわち、任意の所与の列コード値について、画素アレイ中にそのコードを共有する多数の列が存在し得る。平滑性、連続性、および半径限度等の既知の制約を有する表面については、この曖昧さは、アルゴリズムにより処理され得る。Ｎ＝３を使用する１００４の例に示すように、所与のフレーム中のストライプが、各Ｎ番目の画素に位置する場合には、Ｎ個のフレームを投影することは厳密には必要でなく、むしろ全てがゼロであるシーケンスが有効コードシーケンスに相当することにより、Ｎ−１個のフレームが十分となる。かかるアプローチの利点は、測定分解能を犠牲にすることなく符号化光シーケンス中のフレーム数を制限するために計算能力を活用する点である。１００５に示すように、キーストライプフレーム１００３の追加が、符号化された反復する一連のものに固有の曖昧さをさらに制限するために、表面制約に加えて利用され得る。
【００４０】
従来の２進アプローチと同様の別の符号化方式が、１００２に示すように、バーパターンまたは方形波パターンの代わりに幅狭ストライプを投影することによって利用され得る。かかるアプローチでは、フレーム同士の間の同一の周期増加が利用され、各列は、表面が比較的平滑かつ連続的である場合には、Ｎ番目の画像中のストライプを位置特定するためにシーケンス中のＮ−１番目の画像のストライプを使用することによって、ごく少ないアルゴリズムステップによりやはり一意的に符号化され得る。周期が増加するバーパターンまたは方形波パターンを使用することによる、従来の２進符号化方式または同等のグレイコードアプローチに対するこのタイプの符号化方式の利点は、眼表面に入射する照明の強度を均し、イメージング検出器中の被照明特徴の焦点ぼけを防ぎ、測定プロセス中にイメージング検出器の露光量および絞り値を動的に調節する必要性を解消することにより測定速度を上昇させることによって、イメージング検出器の所要のダイナミックレンジが最小化される点である。
【００４１】
いくつかの実施形態では、符号化方式は、符号化プロセスの最中にプロジェクタフレーム上の空間内でシフトする平行線のグリッドに基づく。かかる符号化シーケンスは、連続的なまたは交互する一連のものの中の平行垂直線および平行水平線であることが可能であり、シフトする垂直線は、列値を符号化するために使用され、シフトする水平線は、行値を符号化するために使用される。あるいは、符号化シーケンスは、同一パターンフレーム上に重畳された平行垂直線および平行水平線から構成されるシフトするデカルト格子であることが可能である。後者の場合には、パターンの水平構成要素および垂直構成要素は、フーリエ法によりアルゴリズムによって分離され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、プロジェクタ画素アレイの領域は、一意的に符号化され、これらの領域は、画素アレイ全体にわたりタイル状パターンで反復し、以降に記載される表面再建方法の中のいくつかにより必要とされる場合に各個別の画素ごとに一意的なコード値へとアルゴリズムによって復号される。反復的なタイル状画素コードシーケンスがアレイ中の各画素ごとに一意的な画素コードのセットへと変換される復号プロセスのロバスト性は、アルゴリズムすなわちテンプレート化されたグリッド検索を誘導する符号化光シーケンス投影中にキーストライプパターンの使用によって著しく強化され得る。
【００４３】
図１１ａの流れ図にその一例が図示されるテンプレート化されたグリッド検索では、二次元キーマスク１１０３が、構造化光キーストライプパターンで眼表面を照明することにより取得された焦点パターンまたはキーストライプ画像１１０１から生成される。このキーストライプパターンは、平行線１１０４から構成される構造化光パターンで眼表面を照明することにより取得された画像から生成された構造化光パターンマスク１１０５にアルゴリズムによって適用され、ここでキーストライプ画像は、この第２の構造化光パターンのサブセットに相当する。キーストライプマスクは、シーケンス中の隣接し合うストライプが適切な行値または列値で識別および番号付けされ得るようにするためのテンプレートとして使用される。単に、キーストライプマスクは、ループ１１０６中の空間内でシフトされ、後のシフトについて監視されアレイ１１０７に記録されるシフトされたキーストライプマスクと構造化光パターンマスクとの間のプロダクト。これら２つの画像のプロダクトが極大値を通過すると、平行グリッド中の隣接するストライプに達し、前記隣接するストライプ中の画素は、検索エリアを画定するためのテンプレートとしてシフトされたキーストライプマスクを使用して識別され得る。次いで、新たに識別されたストライプ１１０８が、連続的に次のストライプを見つけ出すためのテンプレートとして使用されるキーストライプになる。各新たに見つけ出されたストライプは、構造光パターンマスク１１０９の修正版において一意的なストライプ番号を割り当てられ、次いでこの番号は、単純な値ラッチによりビンアレイ１１１１へと変換され得る。このアプローチにより、アルゴリズムは、フルオレセイン範囲欠陥および同様のデータ欠陥における相違および強度変動を容易に解消することが可能となる。また、このアプローチは、表面特性の予知によって多様な表面トポロジーについて非常にロバスト性が高く、測定システムの視野内における標的表面の位置決めおよび配向において幅広い寛容度をもたらす。図１１ｂは、キーストライプ画像１１０１ｂ、抽出されたキーストライプテンプレート１１０３ｂ、構造化光被照明眼１１０４ｂ、および構造化光パターンマスク１１０５ｂの例を示す。キーストライプテンプレート１１０３ｂは、反復的にシフトされ、構造化光マスク１１０５ｂに適用され、検索プロダクト１１０７ｂは、次のストライプの位置を決定するために評価される。結果的に得られるマスク１１０９ｂおよび１１１１ｂにおけるグレースケール強度は、復号されたストライプ番号を示す。
【００４４】
いくつかの実施形態では、符号化光パターンの符号化方式は、表面再建アルゴリズムにおける処理フレキシビリティを最大化するように選択される。この符号化方式は、各カメラ−プロジェクタ立体ペアの符号化光較正を助長するようにプロジェクタアレイ画素または画素サブ領域を一意的に符号化し、それによりコード−光三角測量およびラスター立体画像三角測量法が表面再建に利用されることが可能となることが有利であり得る。また、いくつかのデータセットでは、列コード値および行コード値を活用し得るスプラインフィット表面再建方法を利用することが望ましい。最終的に、適切な周期性を有する平行ストライプを選択することにより、位相ベース方形波再建アルゴリズムを使用することもできる。これらの再建技術はそれぞれ、所望の三次元表面トポグラフィモデルの表面を再建するために、単独でまたは他の技術の中の１つまたは複数と組み合わせて利用され得る。
【００４５】
符号化光再建は、具体的には一連の構造化光パターンから三次元表面点を計算する方法を指し、これは、その全体を分析された場合に、投影されたアレイの画素と眼表面が位置する三次元測定領域との間の関係を一意的に規定する。これは、逆カメラとしてパターン投影アレイを処理し、パターン投影アレイと所与のイメージング検出器との間で三角測量を行うことによって実施され得る。この再建方法では、パターン投影システム画素アレイ中の所与の画素から投影された光線とイメージング検出器の二次元画素アレイとの間の関係を一意的に規定する較正係数のセットが、生成され、それにより、パターン投影システム画素を一意的に符号化する画素コード情報と組み合わされた場合に、イメージング検出器の二次元画素座標からの空間中の三次元点のアルゴリズム定義が可能となる。
【００４６】
ラスター立体画像再建は、立体画像ペアとして較正される２つのカメラ間の直接三角測量に依拠して、三次元空間内の同一表面点から来るカメラ１における入射光線の画素座標とカメラ２における入射光線の画素座標との間の関係を一意的に定義する較正係数のセットを生成する。この再建アプローチでは、投影される符号化光パターンの符号化シーケンスは、立体画像ペアにおける２つのカメラの間の画素対応をインデックスするために使用され、すなわちカメラ１である位置に入射する光がカメラ２の第２の位置に入射する光線と表面上の同一点から来るものであることを実証するために使用される。
【００４７】
スリットスプラインベース表面再建は、単一画像フレームに対する動作を含む符号化光構造化光パターンシーケンスで使用される構造化光パターンの任意の組合せに対して適用され得る。この再建技術は、符号化光再建アプローチで利用されるカメラ−プロジェクタ立体較正およびラスター立体画像再建アプローチで利用されるカメラ−カメラ立体較正のいずれかまたは両方を利用して適用され得る。このスリットスプラインアプローチでは、テンプレート化されたグリッド検索は、単一画像フレーム中で明白な構造化光パターン特徴を一意的に識別するために利用される。次いで、パターン特徴へのスプラインフィットは、前方眼表面の表面描写を生成するために立体較正の中の１つまたは複数と組み合わされる。キャプチャされた符号化光画像シーケンスの全セットに適用されると、スリットスプライン法は、符号化光およびラスター立体画像再建から得られた結果に制約を与え洗練するために利用される。符号化光データセットが、測定中に眼の動きにより中断されると、スリットスプライン再建アプローチが、キャプチャされた画像シーケンスのサブセットに適用されて、眼の動きにより導入された誤差を軽減し得る。
【００４８】
位相シフト表面再建は、立体ペアのイメージング要素中の対応する画素同士の間の位相オフセットを測定するためにフーリエ解析を利用する。これは、符号化光再建法で使用されるカメラ−プロジェクタ立体較正と組み合わせて、およびラスター立体画像再建で利用されるカメラ−カメラ較正に対して、同様に利用され得る。２つのイメージング要素間の視差位相差は、三次元表面座標を計算するために使用され、単一画像に対して適用されて、投影されたパターンシーケンス中に眼が移動したデータベースを救出するために使用することを可能にし得る。さらに、測定プロセス中に眼が静止状態に留まるシフトされた位相シフト方形波パターンのシーケンスを含む測定については、位相シフトアプローチは、投影されたパターンの画素限界または行限界を超えた分解能をもたらす利点を有する（Ｂｒｅｎｎｅｒ  １９９９を参照）ため、モデル表面を洗練させるための符号化光およびラスター立体画像再建法に対する捕捉処理として適用され得る。
【００４９】
一実施形態では、前方眼表面の完全な三次元トポグラフィモデルが、眼の視線方向が単一固定点に固定された状態で得られた単一測定値から得ることができる。この実施形態では、眼の眼瞼は、撮像されることとなる前方表面の強膜領域および角膜領域の所望の範囲を露出させるように施術者によって手動的に引き戻される。図１２は、プロファイルにて（１２０１）および光学軸上の点から（１２０２）見た場合の、眼瞼が機械的に引き戻された状態で記録された眼表面のサンプルマップを示す。
【００５０】
他の実施形態では、前方眼表面の完全な三次元トポグラフィモデルが、前方眼表面の複数の個別の三次元トポグラフィモデルからの複合モデルとして生成される。ここで、各個別の三次元トポグラフィモデルは、眼が複数の固定点のそれぞれに固定された状態で得られた測定値から計算されたものである。
【００５１】
かかる一実施形態では、様々なトポグラフィモデルのレジストレーションは、符号化光パターンと組み合わせてキャプチャされた眼のフラットフィールド照明から収集された特徴情報を使用して達成される。これは、発光波長の前もしくは後に実施されるか、または非重畳光源およびカラーカメラを使用することにより同時に実施され得る。
【００５２】
前記実施形態では、スケール不変特徴量変換（ＳＩＦＴ）アルゴリズムおよびブロックマッチ（ＢＭ）アルゴリズムが、強膜表面上の特徴を識別し、空間内に配向する各モデルの特徴ベース記述を生成するために使用される。各特徴ベースモデル記述中の成分特徴の比較により、モデルの相互に対する直接的なレジストレーションが可能となる。次いで、反復レジストレーションアルゴリズムが、フィットを洗練するために使用され、Ｘ、Ｙ、Ｚ成分と、特徴近接性とが、最適化パラメータとして全て使用される。
【００５３】
個々の三次元トポグラフィモデルが前方眼表面の全範囲の複合三次元トポグラフィモデルへと組み合わされるステッチレジストレーションプロセスが、図１３に示される。一連の個々の三次元トポグラフィモデル１３０１のそれぞれが、粗配向ベクトルを計算するために分析されて（１３０２）、ここから各モデル同士の間の推定重複領域が計算され得る（１３０３）。次いで、それは、モデルが相互にレジストレーションされることとなる順序を決定するために使用される（１３０４）。実際に、より大きな重複を有するモデルは、相互にレジストレーションされ、次いで後のモデルが、成長複合モデルへとレジストレーションされる。これは、各レジストレーションステップでモデル間の重複を最大化して、再建精度を上昇させる。次いで、一連の個別の三次元トポグラフィモデルを備えるモデルは、レジストレーションされ、計算されたステッチ順序にしたがってループ１３０５へとステッチされる。モデルｕ−１  １３０６およびｕ  １３０７は、それらの計算された特徴記述１３０８および１３０９を使用して両モデルに共通する各モデル特徴記述中の特徴サブセットを識別し、モデルｕからモデルｕ−１まで変換１３１０を計算および適用することによって、相互にレジストレーションされる。次いで、各モデルにおける直近隣接をマッチングすることから導き出される係数を最適化して、Ｘ、Ｙ、およびＺの三次元座標と基本ベクトルとしての色特徴情報とを含む座標空間を利用する反復最近点アルゴリズム１３１２が適用される。次いで、ステッチモデルは、モデルｕ−１となり、計算されたステッチ順序にしたがって連続する次のモデルが、モデルｕの役割を果たす。全てのＭモデルを復号三次元トポグラフィモデルにレジストレーションした後に、追加的反復が実施され得る。ここで、Ｍモデルのそれぞれが複合モデルと比較され、その位置が、洗練されて重み関数を最小化される。Ｍモデルを通じた連続反復ルーピングによる重み関数のトラッキングにより、収斂が決定され得る。図１４は、３つの視線方向を含む一連の測定についてのステッチプロセス結果の一例を示す。構造化光パターン照明測定１４０１、１４０３、および１４０５からのフラットフィールド照明フレームは、イメージング検出器に対する眼の視方向を示すために含まれる。各視線方向における測定から結果的に得られる個別の三次元トポグラフィモデルは、１４０２、１４０４、および１４０６として表示される。最終ステッチ複合三次元トポグラフィモデルは、１４０７に示される。
【００５４】
前記実施形態では、レジストレーションプロセスの効率およびロバスト性は、特徴マッチングまたは反復最近点アルゴリズムなどの直近隣接技術の適用前に視線配向ベクトルの正確な推定によって補助される。正確な視線推定により、モデル同士の間の重複領域の推定が可能となり、それにより検索区分化が可能となる。かかる視線推定は、主として白色の角膜と虹彩色素との間のコントラストを活用することにより角膜縁を識別することによって達成される。平面が、例えば最小二乗基準を利用してなど三次元縁点にフィットされ得る。この面に対する法線ベクトルは、視線配向ベクトルと厳密に近似する。また、縁面は、特徴分類およびマッチングアルゴリズムから前記角膜の光学特性により歪められる透明な角膜下の特徴を除外するためのクリッピング面として使用される。
【００５５】
前記実施形態では、モデルレジストレーションプロセスの速度および精度は、特徴分類およびマッチングアルゴリズムから強膜表面に無関係な全ての特徴を除外することによって強化される。主要な介入特徴は、イメージング検出器の光路中に突出する睫毛により代表される。有効カメラ−カメラ三角測量ペアが存在する場合には、睫毛は、測定プロセス中の眼のフラットフィールド照明中に得られた画像に基づき差異マップを生成することによって識別され得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、前方眼表面の完全な三次元トポグラフィモデルは、測定されることとなる眼表面の全部分を露出させるために眼の眼瞼を手動的に引き戻すことによってか、または測定されることとなる眼方面の全部分の一部のセグメントをそれぞれが含む複数の個別の三次元トポグラフィモデルを前方眼表面の複合三次元トポグラフィモデルへと組み合わせることによってのいずれかによって生成され得る。複合トポグラフィモデルを生成するために、技術は、別個のモード、すなわち離散ステーションモードおよび連続処理モードで実施され得る。
【００５７】
前記実施形態が、離散ステーションモードで動作している場合には、デバイスの動作は、前述のおよび図９に記載する動作と同様である。離散ステーションモードでは、ステップ０９０２から０９０８は、ループで動作され、ループの各反復は、視線固定標的アレイの別個の要素に対する被検者の視線方区を固定することによって実現される。修正されたプロセスが、図１５に示される。次いで、眼表面の各測定からのデータを含む画像シーケンスが、コンピューティングデバイスにより個別音三次元トポグラフィモデルへと処理され、複数の個別の三次元トポグラフィモデルは、次いで測定された前方眼表面部分の全範囲の複合モデルへと組み合わされる。
【００５８】
前記実施形態が、離散ステーションモードで動作している場合には、視線固定標的アレイ中の要素の位置は、視線方向が要素Ｎ−１に固定されるときに測定された眼表面の部分が、視線方向が要素Ｎに固定されるときに測定された眼表面の部分に著しく重複することにより、各モデルの相互に対する最適なレジストレーションが可能となるように選択される。
【００５９】
図１６は、離散ステーションモード処理ツリーを詳細に示す。構造化光パターンおよびフラットフィールド照明のシーケンスを受ける眼の画像シーケンスから構成されるスキャンデータが、所与の視線方向１６０１について取得される。次いで、安定性チェック１６０２が、前記パターンシーケンスの一部を含むフラットフィールド照明画像同士を比較することにより実施され、安定性基準が計算される。安定性基準が確立された基準に合致する場合には、取得されたデータは、符号化光再建１６０４およびラスター立体画像再建１６０５による表面点三角測量を含む経路Ａを通り処理される。予備特徴分類が、各再建結果に対して実施され（１６０６）、重み係数および表面制約が、様々な表面再建を調整するために適用され、その後にフラットフィールド照明画像が、ＳＩＦＴアルゴリズムおよびブロックマッチアルゴリズムと組み合わせて使用されて、将来の使用のためにコンピュータメモリに格納される（１６０９）三次元表面トポロジーに対する詳細特徴ベースコンプリメントを生成する（１６０８）。
【００６０】
安定性基準１６０２が、確立された基準と合致できない場合には、データは、経路Ｂを通り処理される。経路Ｂは、個別の画像フレームまたは画像フレームペアに対してスリットスプライン再建１６１０および方形波位相シフト再建１６１１の組合せを利用して、測定ウィンドウ全体の小部分に有効測定ウィンドウを制約することによって眼の動きの影響を軽減する。次いで、特徴分類が、構造化光シーケンスに先行するフラットフィールド照明フレームを使用して表面再建１６１２のそれぞれに対して実施される。次いで、このプロセスは、構造化光シーケンスに続くフラットフィールドフレームと組み合わせて構造化光シーケンス中の最後の２つのフレームまたはフレームペアの使用を繰り返す。すなわち、構造化光シーケンスのフレームＮ−１およびＮが、スリットスプライン技術１６１３および位相シフト再建技術１６１４を利用して処理され、特徴分類は、フラットフィールドフレームを利用して実施される（１６１５）。フレーム１および２についての再建結果は、表面制約および重み係数を利用して相互に調整され（１６１６）、同プロセスは、フレームＮ−２およびＮ−１に対する結果に適用され、その後に２つの調製された結果が、相互に組み合わされ調製される（１６１８）。最終特徴分類は、特徴ベースコンプリメントを生成するために実施され（１６２０）、トポロジーおよび特徴情報は、将来の利用のためのコンピュータメモリに格納される（１６２１）。フラットフィールド照明がカラーカメラおよび非重複波長帯を利用することにより構造化光パターン照明データと同時に取得される実施形態では、取得データ画像シーケンス中の各画像フレームまたは画像フレームペアが、シーケンスの初期部分および最終部分のみを処理するのではなく、固有の特徴ベースコンプリメントをやはり有する別個の各三次元トポグラフィモデルへと個別の測定値として処理され得る。
【００６１】
離散ステーションモードで動作しているこの実施形態についての追加の処理経路が、装着されたコンピュータデバイスによる測定システムハードウェアのリアルタイム制御のためにさらに利用可能である。前記経路Ｃでは、安定性基準が確立された基準に合致することができない場合には、データが再取得される（１６２２）。
【００６２】
いくつかの実施形態が、連続処理モードで動作している場合に、データ取得機能およびデータ処理機能は、装着されたコンピューティングデバイスにより直接結合されて、データ品質および測定速度を改善させる。連続処理モードでは、視線固定標的アレイは、コンピュータにより初期化され、次いで眼表面が、構造化光パターンの１つまたは数個のフレームへと切り捨てられたフラットフィールド照明フレームおよび構造化光シーケンスにより照明され、被照明眼表面の画像シーケンスが、イメージングセンサによりキャプチャされる。コンピュータは、取得した画像シーケンスを特徴ベースのコンプリメント記述、配向ベクトル、およびモデル範囲を有する個別の三次元トポグラフィモデルへと処理し、次いで所望の視線方向を計算し、視線固定標的アレイの照明をアップデートする。各後のデータ取得の後に、収斂、範囲、および品質の基準が、次の取得についての所望の視線方向の計算の一部として計算される。このプロセスは、計算された基準が確立された基準に合致し、制御コンピュータアルゴリズムが走査を終了するまで継続する。
【００６３】
この実施形態のための連続処理モードの動作が、図１７に詳細に示される。このプロセスは、被検者の眼が、蛍光染料で調製され（１７０１）、その初期状態で視線固定標的アレイ上に固定される（１７０２）ことから開始される。制御アルゴリズムは、制御ループを開始し（１７０３）、その最中に構造化光シーケンスで眼を照明し被照明眼表面の画像をキャプチャすることにより画像データを取得し（１７０４）、テンプレート化されたグリッド検索アルゴリズムを使用して取得された画像データを処理し（１７０５）、次いでスリットスプライン再建および方形波位相再建の一方または両方を適用し（１７０６）、特徴ベース記述コンプリメントならびに範囲および品質基準を計算し（１７０７）、トポロジーおよび特徴結果を調整する（１７０８）。ループの第１の反復では、この調整されたトポロジーおよび特徴結果は、複合モデルとなり、ループの後の反復では、複合モデルは、新たに測定された構成要素による別の調整プロセスによりアップデートされる（１７０９）。次いで、範囲および品質基準が、計算され（１７１０）、確立された基準に対して比較され（１７１１）、その後に新たな視線方向が決定され、固定標的アレイ上に示され（１７１２）、それによりループの次の走査反復が開始される。初めの後の各測定ごとに、新たな測定が、前述の特徴ベースレジストレーションステッチ方法により以前の測定に対してレジストレーションされる。このプロセスは、範囲および品質基準が確立された収斂基準に合致するまで繰り返される。
【００６４】
いくつかの実施形態では、連続処理モードでの動作は、データ品質に関するリアルタイムフィードバックを提供し、処理コンピュータが初期測定プロセス中に取得データ中の欠陥を補正するのを可能にすることにより後の時点に測定を繰り返す可能性を最小限に抑えることによって、速度およびデータ品質の改善をもたらす。カラーイメージングセンサを活用する実施形態では、データ品質および速度は、非重複波長帯を利用した構造化光パターンシーケンスおよびフラットフィールド照明フレームの同時投影によって、共に著しく改善される。
【００６５】
いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイスディスプレイに装着されたディスプレイ画面が、ユーザに動作フィードバックを提示する。このフィードバックは、測定されることとなる表面に対する測定システムのアラインメントおよびフォーカシングで使用するための取得画像のリアルタイム像と、焦点品質インジケータを含む中間ステージ進行インジケータと、三次元トポグラフィモデルの視覚化および前記モデルおよびそこから導き出された量の検眼で有用な実現化とを含む。
【００６６】
さらなる実施形態は、眼表面の三次元モデルを生成し、患者の眼に個別にフィットするカスタムレンズを設計および作製するために強膜コンタクトレンズ製造施設にそのモデルを電子的に送信するために使用され得る。
【００６７】
本明細書で開示されるシステム実施形態および方法実施形態は共に、独立して使用されてもよく、または同一実施形態内においてプラシド角膜計ベース角膜トポグラフィ測定と組み合わされることが可能である。かかる実施形態では、従来のプラシド角膜形測定アプローチは、蛍光物質を用いずに迅速な角膜測定を行うために使用され得る一方で、構造化光システムは、角膜領域および強膜領域での眼表面測定の同時測定のために使用され得る。各アプローチで実施される測定は、独立したものであってもよく、相互に捕捉するために共通データセットへとレジストレーションされてもよく、または眼表面の単一の複合モデルの精度を向上させるために一方または両方のデータセットに対するアルゴリズム制約として組み込まれてもよい。眼表面測定のためのプラシド角膜計測定方法および構造化光立体トポグラフィ測定方法の両方の利用を可能にする構成の装置の概略図が、図１８に示される。ここでは、パターン投影システム０３０５ならびにイメージング検出器０３０１および０３０２または前述の実施形態と類似するパターン投影システム１８０２ならびにイメージング検出器１８０３および１８０４の位置が、プラシド角膜計の中心イメージング検出器１８０５に干渉しないようにプラシド角膜計１８０１の開口を覗き込むために修正される。これは、角膜計アセンブリの暗く照明されない領域に一致するようにプラシド角膜計アセンブリ中の開口を選択することによって、およびパターン投影システムおよびイメージング検出器のための１／２インチまたは他の小さな直径の光学アセンブリによって、プラシド角膜計測定の質に対する影響を最小限に抑えつつ実施され得る。図１８に示す装置では、２つの測定を組み合わせて眼表面測定の精度をさらに上昇させるために、プラシド角膜計および構造化光を利用した同時測定が可能である。
【００６８】
本開示のいくつかの例は、４つ以上の三角測量ペアがデバイス動作およびデータ分析の最中に生成され得るように配置された３つ以上のカメラを有してもよい。
【００６９】
追加の実施例および実施形態
様々な実施形態において、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、以下の利点の中の１つ、いくつか、もしくは全てを達成し得る、および／または以下の機能のいくつかもしくは全てを実現し得る。
【００７０】
いくつかの実施形態では、３つの同時の独立した測定が利用され、これらは、有利には平均化による重複領域での誤差低減、制約による重複領域での誤差低減、測定されることとなる表面に対して複数の角度で複数のカメラを向けることによるより広い視野、および／またはより正確なトラッキングを可能にし得る。なぜならば、トラッキングのために角膜点を使用することは困難であり得るからである。
【００７１】
いくつかの実施形態では、符号化構造化光が、物体の表面（例えば眼の前方表面）をマッピングするために使用される。パターンシーケンスは、単一パターンよりも高い空間分解能をもたらし、一意的画素符号化は、反復点検索を不要にし得るため、マッピングの速度および／または精度を有利に上昇させることが可能である。
【００７２】
いくつかの実装形態では、複数のパターンが、眼の動きにより回避され得る。トラッキングおよび処理の区分化により、眼の動きに対する補正が可能となり得る。いくつかの実施形態では、ビンエッジでの単一ストライプへの符号化光ビンのトリミングにより、カメラのダイナミックレンジ要件および／または露光修正要件が軽減され得る。いくつかの実施形態では、同一パターンの移動セットへの符号化光シーケンスのトリミングにより、処理フレキシビリティが実現され得る。例えば、表面についての平滑性制約により、システムは適正な符号化光方法を実施することが可能となる。
【００７３】
様々な実装形態が、複数の処理技術を提供し得る。例えば、これらの技術には、標準符号化光（例えば全てのフレームまたはフレームのサブセットを使用した）、単一フレームを使用した位相シフトまたは走査スリット等が含まれ得る。これらのシステムおよび方法は、眼の安定性に基づき技術間での選択が可能となるように実装され得る。分解能を制約し表面精度を改善する複数の技術が採用され得る。いくつかの実施形態では、同一パターンの使用は、各フレームを意味し、または任意のサブセットが、マッピングシーケンス中の眼の動きと格闘するための代替方法を利用してそれ自体で処理され得る。
【００７４】
様々な実装形態において、蛍光染料が、表面反射率の差異に対応するために物体（例えば眼の前方表面）に適用され得る。いくつかの実施形態では、リアルタイム明度／質インジケータが、フォーカシングまたはマッピングの最中のおよび任意には測定後の染料範囲および蛍光強度の分析を可能にするために使用され得る。システムおよび方法は、走査が繰り返される必要がある場合には、警告を発するように構成され得る。
【００７５】
カメラおよびプロジェクタジオメトリの開示されるフォーカシング方法により、固定基準表示パターンに投影焦点パターンをマッチングすることによって単純なフォーカシング／アラインメント示唆が可能となり得る。
【００７６】
いくつかの実装形態では、複数波長での測定により、位置および強度（例えばＸＹＺＩ）データの取得が可能となる。かかるデータは、眼移動トラッキング、複数の部分データセットのステッチレジストレーション（例えば平滑表面同士をステッチするためのアルゴリズムを制約するために強度領域特徴を利用する）、強膜レンズフィッティングのための縁検出、および／または強膜レンズフィッティングの最中に回避するための傷などの問題スポットの検出を可能にする。
【００７７】
いくつかの実装形態では、複数波長での同時パターン投影が利用され得る。例えば、フラットフィールドおよび構造化光が、同時に投影され得る。赤、緑、青（ＲＧＢ）符号化光が、眼科的または非眼科的状況で使用され得る。
【００７８】
いくつかの用途では、強膜の実質的な全体が、視線方向を移動し、部分データセットを取得し、次いでデータセットを組み合わせることによってマッピングされ得る。離散ステーションモードの一例では、システムおよび方法は、別個の視線方向を利用し、処理は、収集されたＸＹＺＩモデルから開始される（サードパーティデータを含む）。連続処理モードの一例では、システムおよび方法は、自動誘導データ取得を利用する。視線方向は、収斂が得られるまでアルゴリズムにより指示されるインジケータにしたがってフィールド内を動き回る。
【００７９】
様々な実装形態において、本明細書で開示されるシステムおよび方法の任意のものが、２つのタイプの独立的な角膜測定のためにプラシド角膜計と組み合わされ得る。
【００８０】
［本開示の態様のさらなる実施例］
第１の態様では、眼の前方表面トポグラフィを測定するためのシステムが、眼の眼表面に向かって光を発するように構成されたパターン投影システムを備え、このパターン投影システムは、眼表面にパターンのシーケンスを投影するように構成される。システムは、投影されたパターンシーケンスの結果として得られるパターンの１つまたは複数の画像を記録するように構成された１つまたは複数の画像センサと、パターンの１つまたは複数の画像から眼表面のトポグラフィマップを決定するように構成されたコンピューティングハードウェアを備える分析システムとをさらに備える。
【００８１】
第２の態様では、態様１のシステムにおいて、シーケンスのパターンは、単一の波長帯で投影される。
【００８２】
第３の態様では、態様１または態様２のシステムにおいて、シーケンスのパターンは、２つ以上の波長帯で投影される。
【００８３】
第４の態様では、態様１から３のいずれか一つのシステムにおいて、投影されたパターンのシーケンス中の１つまたは複数のパターンが、眼に適用されるようになされた蛍光物質の励起波長と少なくとも部分的に重複する波長帯で発せられる。
【００８４】
態様５では、態様１から４のいずれか一つのシステムにおいて、投影されたパターンのシーケンス中の１つまたは複数のパターンが、眼に適用されるようになされた蛍光物質の励起波長と重複しない波長帯で発せられる。
【００８５】
第６の態様では、態様１から５のいずれか一つのシステムにおいて、パターン投影システムは、同時または連続的のいずれかで動作され得る３つのモードの中の１つまたは複数において構造化光パターンを生成するように構成され、第１のモードでは、パターン投影システムの発せられる波長範囲が、眼表面を調製するために使用される蛍光物質の励起波長と重複するが、蛍光物質の蛍光波長とは重複せず、第２のモードでは、パターン投影システムの発せられる波長範囲が、眼表面を調製するために使用される蛍光物質の蛍光波長と重複するが、蛍光物質の励起波長とは重複せず、第３のモードでは、パターン投影システムの発せられる波長範囲が、眼表面を調製するために使用される蛍光物質の励起波長とも蛍光物質の蛍光波長とも重複しない。
【００８６】
第７の態様では、態様１から６のいずれか一つのシステムにおいて、システムは、眼のマイクロサッケード運動間の約０．５秒未満の測定期間で眼表面の測定を実施するように構成される。
【００８７】
第８の態様では、態様７のシステムにおいて、パターン投影システムは、符号化シーケンス中のパターンのシーケンスから複数の個別のパターンを同時に投影するように構成され、各個別のパターンは、非重複波長帯で投影される。
【００８８】
第９の態様では、態様８のシステムにおいて、１つまたは複数の画像センサは、別個の記録されたカラーチャネル中に各個別のパターンを記録するように構成されたマルチカラーイメージング検出器を備え、システムは、１つまたは複数の露光で符号化光シーケンスを投影および記録するように構成される。
【００８９】
第１０の態様では、態様１から９のいずれか一つのシステムにおいて、眼表面に入射する照明レベルは、プロジェクタ焦点の５ｍｍ以内に位置する７ｍｍ開口を通して測定した場合に３．９×１０−３ジュール未満の放射エネルギーである。
【００９０】
第１１の態様では、態様１から１０のいずれか一つのシステムにおいて、システムは、眼の視線が複数の視線方向に連続的に固定され得るように構成された固定標的システムをさらに備える。
【００９１】
第１２の態様では、態様１１のシステムにおいて、固定標的システムは、シーケンスで照明されることとなる複数の標的か、または静止状態もしくは移動中の視線固定標的を表示するように構成された発光画面の一方または両方を備える。
【００９２】
第１３の態様では、態様１から１２のいずれか一つのシステムにおいて、システムは、プラシド角膜計角膜トポグラフィシステムをさらに備える。
【００９３】
第１４の態様では、態様１から１３のいずれか一つのシステムにおいて、１つまたは複数の画像センサの中の少なくとも１つが、複数の波長で１つまたは複数の画像の中の少なくとも１つを同時に記録するように構成される。
【００９４】
第１５の態様では、態様１４のシステムにおいて、パターン投影システムは、第１の波長のフラットフィールドでおよび第２の波長の１つまたは複数の構造化光パターンで眼表面を照明するように構成される。
【００９５】
第１６の態様では、態様１から１５のいずれか一つのシステムにおいて、システムは、眼表面のトポグラフィマップの描画、またはトポグラフィマップから導き出された１つもしくは複数の検眼値の描画とを表示するように構成されたディスプレイデバイスをさらに備える。
【００９６】
第１７の態様では、態様１から１６のいずれか一つのシステムにおいて、システムは、強膜コンタクトレンズ製造システムをさらに備え、強膜コンタクトレンズ製造システムに眼表面のトポグラフィマップに関する情報を通信するように構成される。
【００９７】
第１８の態様では、眼の前方眼表面の三次元トポグラフィモデルを計算するための方法において、方法は、コンピュータハードウェアを備える眼トポグラフィマッピングシステムの制御下において、前方眼表面から反射または発せられる投影された構造化光パターンの画像を受領するステップであって、この画像が、パターン投影システムにより前方眼表面に投影された画像を記録するように構成された複数のイメージングセンサを備えるシステムから取得されたものである、ステップと、以下の技術、すなわち複数のイメージングセンサの中の任意の１つとパターン投影システムとの間の符号化光三角測量もしくは複数のイメージングセンサの中の任意の２つの間のラスター立体画像三角測量、または位相シフト表面再建の中の１つまたは複数を利用して受領画像を分析するステップと、分析された画像に少なくとも部分的に基づき前方眼表面の少なくとも一部分のトポグラフィの複合測定値を決定するステップとを含む。
【００９８】
第１９の態様では、態様１８の方法において、前方眼表面の少なくとも一部分のトポグラフィの複合測定値を決定するステップは、眼の光軸の複数の配向で取得された眼の前方表面の部分の複数の個別のトポグラフィ測定値を組み合わせるステップを含む。
【００９９】
第２０の態様では、態様１９の方法において、複数の個別のトポグラフィ測定値のそれぞれが、前方眼表面から反射した投影された構造化光パターンシーケンスの一連の画像から生成され、各パターンシーケンスは、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、蛍光染料の励起波長と重複しない波長範囲で照明された眼の少なくとも１つの画像と、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の励起波長と重複するが、蛍光染料の蛍光波長とは重複しない波長範囲で照明される少なくとも１つの投影された構造化光パターンシーケンスとを含む。
【０１００】
第２１の態様では、態様２０の方法において、前方眼表面の少なくとも一部分のトポグラフィの複合測定値を決定するステップは、眼表面のセグメントの各個別の三次元トポグラフィモデルを提供するための複数の個別のトポグラフィ測定値のそれぞれを分析するステップを含み、個別の三次元トポグラフィモデルは、反射パターンまたは蛍光パターンシーケンスのキャプチャ画像の分析から生成される個別の三次元トポグラフィモデルの三次元座標データと、カラー強度データと、特徴ベース記述とを含む。
【０１０１】
第２２の態様では、態様１９から２１のいずれか一つの方法において、複数の個別のトポグラフィ測定のそれぞれが、離散ステーションモードで行われ、個別のトポグラフィ測定値は、眼の光軸が複数の固定位置固定標的の中の１つに向けられた状態で取得され、各個別のトポグラフィ測定値は、眼表面から反射される投影された構造化光パターンシーケンスの一連の画像から生成され、各パターンシーケンスは、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、蛍光染料の励起波長とは重複しない波長範囲で照明された眼の少なくとも２つのフラットフィールド画像と、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の励起波長と重複するが、蛍光染料の蛍光波長とは重複しない波長範囲で照明される少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスとを含み、眼の少なくとも２つのフラットフィールド画像の中の少なくとも１つが、構造化光パターンのシーケンスに先行し、眼の少なくとも２つのフラットフィールド画像の中の少なくとも１つが、構造化光パターンのシーケンスに後続し、この方法は、各個別の三次元トポグラフィモデルへと複数の個別の三次元トポグラフィ測定値のそれぞれを処理するステップをさらに含む。
【０１０２】
第２３の態様では、態様２２の方法において、方法は、構造化光パターンシーケンスに先行するフラットフィールド画像の中の少なくとも１つと、測定期間中の眼の明らかな動きを記述する基準を計算するために構造化光パターンに後続するフラットフィールド画像の中の少なくとも１つとを分析するステップをさらに含む。
【０１０３】
第２４の態様では、態様２３の方法において、方法は、各個別の三次元トポグラフィモデルを構築するための少なくとも１つの処理技術を計算された基準に少なくとも部分的に基づき決定するステップをさらに含む。
【０１０４】
第２５の態様では、態様１９から２４のいずれか一つの方法において、個別のトポグラフィ測定のそれぞれが、連続処理モデルで行われ、個別のトポグラフィ測定値は、所望の収斂基準または時間しきい値に到達するまで連続ループで取得および処理され、方法は、眼の配向が測定ウィンドウ中に変化することが可能とされる間に、測定ウィンドウ中の連続ループ中に取得された個別の三次元トポグラフィ測定値の組合せから前方眼表面の複合三次元トポグラフィモデルを計算するステップをさらに含む。
【０１０５】
第２６の態様では、態様２５の方法において、連続処理モードで行われた個別のトポグラフィ測定のそれぞれが、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の蛍光波長と重複するが、蛍光染料の励起波長とは重複しない波長範囲により照明された眼の少なくとも１つのフラットフィールド画像と、眼表面を調製するために使用される蛍光染料の励起波長と重複するが、蛍光染料の蛍光波長とは重複しない波長範囲で照明された少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスとを含み、この方法は、カラーカメラが使用される場合に少なくとも部分的に時間的に重複する少なくとも１つのフラットフィールド画像および少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスを投影するステップか、またはモノクロカメラが使用される場合に少なくとも１つのフラットフィールド画像および少なくとも１つの投影された構造化光パターンのシーケンスを連続的に投影するステップをさらに含む。
【０１０６】
第２７の態様では、態様２６の方法において、方法は、各個別の粗三次元トポグラフィモデルの範囲および配向と共に個別の粗三次元トポグラフィへと個別のトポグラフィ測定値のそれぞれを処理するステップと、被検者の測定期間中に得られた前回の粗三次元トポグラフィモデルに各個別の粗三次元トポグラフィモデルを組み合わせて、眼表面の測定部分の粗複合三次元トポグラフィモデルを生成するステップと、測定品質および測定完全性の評価基準を得るために眼表面の測定部分の範囲および表面基準を評価するステップと、被検者の視線方向が被検者の眼の測定の完了を容易にするように調節され得るように、リアルタイムで品質および完全性の測定値を通信するステップと、をさらに含む。
【０１０７】
第２８の態様では、態様１８から２７のいずれか一つの方法において、投影された構造化光パターンは、平行線のグリッドまたは方形波パターンを含む。
【０１０８】
第２９の態様では、態様１８から２８のいずれか一つの方法において、投影された構造化光パターンは、眼表面に衝突する照明の入射強度のフレーム間のばらつきを最小限に抑えるように選択される。
【０１０９】
第３０の態様では、態様１８から２９のいずれか一つの方法において、以下の技術の中の１つまたは複数は、それらの技術の中の少なくとも２つを含み、この少なくとも２つの技術は、トポロジー複合測定を制約または洗練するために適用される。
【０１１０】
第３１の態様では、態様１８から３０のいずれか一つの方法において、この方法は、デカルト空間内で個別の三次元トポグラフィモデルをレジストレーションするために眼表面の測定部分の個別の三次元トポグラフィモデルの特徴ベース記述を計算するように反射されたフラットフィールド照明の受領画像を分析するステップと、測定過程にわたり別の個別の三次元トポグラフィモデルに対するまた同じ個別の三次元トポグラフィモデルに対する個別の三次元トポグラフィモデルの回転および並進移動を特徴ベース記述に少なくとも部分的に基づいて分析するステップと、をさらに含む。
【０１１１】
第３２の態様では、態様３１の方法において、特徴ベース記述は、眼の角膜縁に対応する点を含み、方法は、角膜の光学特性が個別の三次元トポグラフィモデルの回転および並進移動の分析を歪めるのを防止するために、個別の三次元トポグラフィモデルの特徴ベース記述から角膜領域中の非トポグラフィ特徴を除外したマスキング領域を生成するステップをさらに含み、角膜縁点への平面フィットが、眼の光軸のための近似配向を決定するために使用される。
【０１１２】
第３３の態様では、態様１８から３２のいずれか一つの方法において、方法は、複数のイメージングセンサの中の２つ以上において同時にキャプチャされたフラットフィールド画像を受領するステップと、１つまたは複数の受領画像中で突出する睫毛により遮蔽された画像の領域を決定するステップとをさらに含む。
【０１１３】
本明細書において、実施形態の説明は、ヒトまたは動物の眼の前方表面の測定に焦点が置かれるが、この技術のいくつかの実施形態は、生物学的性質または非生物学的性質の他の物体の表面の測定に同様に適用可能であり得る。
【０１１４】
いくつかの例における「１つまたは複数」、「少なくとも」、「しかしそれに限定されない」または他の同様の句などの幅広い語および句の存在は、かかる幅広い句が不在となり得る例ではより幅の狭い例が意図されるまたは必要とされることを意味するものと理解されるべきではない。「光学測定ヘッド」という用語の使用は、光学測定ヘッドの一部として説明または特許請求される構成要素または機能がいずれも共通パッケージ内に構成されることを示唆しない。実際に、制御論理構成要素または他の構成要素のいずれであるかに関わらず、光学測定ヘッドの様々な構成要素のいずれかまたは全ては、単一のパッケージ内に組み合わされるか、個別に維持されることが可能であり、複数のグループ化もしくはパッケージでまたは複数の場所にわたって分散されることもさらに可能である。
【０１１５】
さらに、本明細書に示される様々な実施形態は、例としてのブロック図、流れ図、および他の図に関して記載される。本文献の読後に当業者には明らかになるであろうが、図示する実施形態およびそれらの様々な代替形態は、図示する例に限定されることなく実装され得る。例えば、ブロック図およびそれらの添付の説明は、ある特定の設計または構成を命じるものとして解釈されるべきではない。
【０１１６】
本開示の様々な実施形態を上述したが、それらはもっぱら例として示され、限定的なものではない点を理解されたい。同様に、様々な図が、開示のために例として設計または他の構成を示す場合があるが、これは、本開示に含まれ得る特徴および機能の理解を補助するために示されたものである。本開示は、図示する例の設計または構成に限定されず、所望の特徴が、様々な代替的な設計および構成を利用して実装され得る。実際に、代替的な機能的、論理的、または物理的な区分化および構成化が本開示の所望の特徴を実装するためにどのように実装され得るかが、当業者には明らかになろう。また、本明細書に示されるもの以外の多数の異なる構成モジュール名が、様々な区分に対して適用され得る。さらに、流れ図、動作説明、および方法クレームに関して、ステップが本明細書で示される順序は、文脈において別様の記述が特にない限り、様々な実施形態が記載された機能を同じ順序で実施するように実装されることを命じるものではない。
【０１１７】
本明細書に記載されるおよび／または添付の図面に示されるプロセス、方法、およびアルゴリズムはそれぞれ、コンピュータ命令を実行するように構成された１つまたは複数の物理コンピューティングシステム、コンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、および／または電子ハードウェアによって実行されるコードモジュールにおいて具現化され、完全にまたは部分的に自動化されてもよい。例えば、コンピューティングシステムが、開示の方法を実施するための特定の実行可能命令を有して構成された汎用コンピュータか、または特定用途向けコンピュータ、サーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータもしくはノートブックコンピュータもしくはタブレット、個人携帯コンピューティングデバイス、および携帯電話等を備えることが可能である。コードモジュールが、持続性コンピュータメモリに格納されるか、実行可能プログラムへとコンパイルおよびリンクされるか、動的リンクライブラリにインストールされるか、またはインタープリタ型プログラミング言語で書き込まれてもよい。さらに、本開示の機能のいくつかの実装形態は、特定用途向けハードウェアまたは１つまたは複数の物理コンピューティングデバイス（適切な実行可能命令を利用する）が、例えば大量のもしくは複雑な計算を伴うことに起因して（例えば眼トポグラフィの計算）機能を実施するまたは実質的にリアルタイムで結果を提供することを必要とし得る程度に十分に数学的に、計算的に、または技術的に複雑である。
【０１１８】
コードモジュールは、ハードドライブを含む物理コンピュータストレージ、ソリッドステートメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスク、揮発性もしくは非揮発性ストレージ、これらのものの組合せおよび／または同様のものなどの、任意のタイプの持続性コンピュータ可読媒体に格納されてもよい。また、方法およびモジュールは、無線ベース媒体および有線／ケーブルベース媒体を含む様々なコンピュータ可読伝送媒体上で生成されたデータ信号として（例えば搬送波または他のアナログもしくはデジタルの伝播信号の一部として）伝送されてもよく、様々な形態をとってもよい（例えば単一信号もしくは多重化アナログ信号の一部として、または複数の離散デジタルパケットもしくは離散デジタルフレームとして）。開示されるプロセスおよびプロセスステップの結果は、任意のタイプの持続性有形コンピュータストレージに持続的にもしくは他の方法で格納されてもよく、またはコンピュータ可読伝送媒体により通信されてもよい。
【０１１９】
本明細書に記載されるおよび／または添付の図面に示される流れ図の中の任意のプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能は、プロセス中の特定の機能（例えば論理機能もしくは演算機能）またはステップを実装するための１つまたは複数の実行可能命令を含む場合によっては表示的であるコードモジュール、セグメント、またはコード部分として理解されるべきである。様々なプロセス、ブロック、状態、ステップ、または機能は、組み合わされる、再構成される、本明細書に示される例示の例に追加される、それらの例から削除される、修正される、または他の方法で変更されることが可能である。いくつかの実施形態では、追加のまたは異なるコンピューティングシステムまたはコードモジュールが、本明細書に記載される機能の一部または全てを実施してもよい。また、本明細書に記載される方法およびプロセスは、任意の特定のシーケンスに限定されず、それに関連するブロック、ステップ、または状態は、例えば連続、並行、または何らかの他の態様など適切である他のシーケンスで実施され得る。タスクまたはイベントが、開示される例の実施形態に追加または除去されてもよい。さらに、本明細書に記載される実装形態中の様々なシステム構成要素の分離は、例示を目的としたものであり、全ての実装形態でかかる分離を必要とするように理解されるべきではない。記載のプログラム構成要素、方法、およびシステムは、一般的には、単一のコンピュータもしくはソフトウェア製品へと共に一体化されるか、複数のコンピュータもしくはソフトウェア製品へとパッケージングされ得る点を理解されたい。多数の実装形態のバリエーションが可能である。
【０１２０】
これらのプロセス、方法、およびシステムは、ネットワーク型（または分散型）コンピューティング環境で実装されてもよい。ネットワーク型環境としては、企業規模コンピュータネットワーク、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、クラウドコンピューティングネットワーク、クラウドソースコンピューティングネットワーク、インターネット、およびワールドワイドウェブが含まれる。このネットワークは、有線ネットワークもしくは無線ネットワーク（例えば地上波および／または衛星ネットワーク）または任意の他のタイプの通信ネットワークであってもよい。
【０１２１】
本明細書に記載される様々な要素、特徴、およびプロセスが、相互に独立的に使用されてもよく、または様々な方法で組み合わされてもよい。全ての可能な組合せおよび下位組合せが、本開示の範囲内に含まれるように意図される。さらに、前述のいずれも、任意の特定の特徴、要素、構成要素、特性、ステップ、モジュール、方法、プロセス、タスク、またはブロックが必須であるまたは不可欠であることを示唆するようには意図されない。本明細書に記載される例のシステムおよび構成要素は、記載されるものとは異なるように構成されてもよい。例えば、要素または構成要素が、開示の例に追加されても、その例から除去されても、またはその例と比較して再構成されてもよい。
【０１２２】
本明細書において、「一実施形態」または「いくつかの実施形態」への言及はいずれも、その実施形態と関連して記載される特定の要素、特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所における「一実施形態では」という句の出現は、必ずしも全てが同一の実施形態に関するわけではない。とりわけ「可能である」、「であってもよい」、および「例えば」等の本明細書で使用される条件語は、特に別様のことが明言されない限りはまたは使用されるような文脈内で別様に理解されない限りは、一般的には、特定の実施形態が特定の特徴、要素、および／またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを表現するように意図される。さらに、本願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」は、別様のことが特に述べられない限りは、「１つまたは複数の」、または「少なくとも１つの」を意味するように解釈されるべきである。
【０１２３】
本明細書において、「備える」、「含む」、「有する」、またはそれらの任意の他の変形語などの用語は、オープンエンドの用語（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ  ｔｅｒｍ）であり、非排他的包括を範囲に含むように意図される。例えば、一連の要素を備えるプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されず、明示されないまたはかかるプロセス、方法、物品、もしくは装置が本質的に備える他の要素を含んでもよい。さらに、逆のことが明示されない限りは、「または」は、包括的な「または」を指し、排他的な「または」を指さない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のもの、すなわちＡが真であり（もしくは存在し）Ｂが偽である（もしくは存在しない）、Ａが偽であり（もしくは存在せず）Ｂが真である（もしくは存在する）、またはＡおよびＢが共に真である（もしくは存在する）、の中の任意の１つによって満たされる。本明細書において、列挙した項目「の中の少なくとも１つ」に言及する句は、単一部材を含むそれらの項目の任意の組合せについて言及したものである。一例として、「Ａ、Ｂ、またはＣの中の少なくとも１つ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、ならびにＡ、Ｂ、およびＣを含むように意図される。「Ｘ、Ｙ、およびＺの中の少なくとも１つ」という句などの接続的表現は、言い方を変えれば項目、項等がＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであり得ることを表現するために一般的に使用されるような文脈で理解される。したがって、かかる接続的表現は、特定の実施形態がそれぞれにＸの中の少なくとも１つ、Ｙの中の少なくとも１つ、およびＺの中の少なくとも１つの存在を必要とすることを示唆するようには一般的には意図されない。
【０１２４】
本開示を様々な例示の実施形態および実装形態に関して上述したが、個々の実施形態の中の１つまたは複数に記載される様々な特徴、態様、および機能は、説明の際に用いられる特定の実施形態にその適用性において限定されず、代わりに、かかる実施形態が説明されるか否かに関わらず、およびかかる特徴が記載される実施形態の一部として示されるか否かに関わらず、本開示の他の実施形態の中の１つまたは複数に対して単独でまたは様々な組合せにおいて適用可能である点を理解されたい。したがって、本開示の幅および範囲は、上述の例示の実施形態のいずれによっても限定されるべきではない。
【符号の説明】
【０１２５】
０１０１  表面
０１０２  光源
０１０３  イメージング検出器
０１０４  表面
０１０５  イメージング検出器
０１０６  イメージング検出器
０２０１  光学ヘッド
０２０２  可動光学スタンド
０２０３  コンピューティングデバイス
０２０４  ディスプレイ画面
０２０５  顎レスト
０２０６  前額レスト
０２０７  強膜コンタクトレンズ製造システム
０３０１  電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ
０３０２  電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ
０３０３  カメラ
０３０４  蛍光発光フィルタ
０３０５  デジタル光処理（ＤＬＰ）プロジェクタまたは液晶デバイス（ＬＣＤ）プロジェクタ
０３０６  光学ビーム成形アセンブリ
０４０１  プロジェクタ
０４０２  パターン投影システム
０６０１  フラットフィールド照明画像
０６０２  眼
０６０３  視線固定標的アレイ
０６０５  フラットフィールド照明画像
０６０７  視線固定標的アレイ
０６０９  フラットフィールド照明画像
０６１１  視線固定標的アレイ
１１０１ｂ  キーストライプ画像
１１０３ｂ  抽出されたキーストライプテンプレート
１１０４ｂ  構造化光被照明眼
１１０５ｂ  構造化光パターンマスク
１１０７ｂ  検索プロダクト
１１０９ｂ  マスク
１１１１ｂ  マスク
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１１ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図１１ｂ】
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【国際調査報告】
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