JP6067009B2 - 目標物分析システムのための光指向アセンブリおよび目標物分析システム - Google Patents

Description

本発明は、眼関連系の特性評価のための方法、器具およびシステムに関する。

眼または眼関連系の光学特性評価は、眼の健康を評価し、病変を診断する際の重要なステップである。

眼の光学特性評価のための眼の診察には、眼の健康を評価し、病変を診断するための前眼部および後眼部の目視診察が含まれうる。診察には、眼の光学特性および解剖学的特性の定量化も含まれうる。これには典型的に屈折率測定、すなわち、検査ビームが進む光路の一部または全体の光パワーの決定を含む。これは例えば、眼関連系の領域または表面への屈折力のマッピングまたは空間分解を含むことができ、これを波面収差測定と呼ぶこともある。眼の光学および特性の決定には、眼関連系の長さ（すなわち角膜前面から網膜前面までの距離）、角膜の輪郭および／または厚さ、瞳孔のサイズ、および前房深度等、眼関連系の様々な測定値の決定も含みうる。このような測定値は、ある外科的処置（例えばレンズ交換またはレーザ切除治療）に重要でありうる。

眼診察のためのいくつかの市販の器具が利用可能である。これには、細隙灯生物顕微鏡、前部および網膜ＯＣＴ器具、角膜測定器、自動屈折計、蛍光光度計、検眼鏡および低コヒーレンス長さおよび厚み測定器が含まれる。これらの器具は全て、一つの位置で、一つの、通常は中央の画角で、観察または測定を行うために設計されている。眼の他の部分または異なる角度を評価すべき場合には、器具を回転させて再配置する必要があるか、あるいは患者が眼球または頭を回さなければならない。これが、かかる測定値／観察値が得られる速度および反復可能性を制限する。

速度および反復が重要である眼診察の一つの具体的態様は、周辺屈折の測定である。中央軸上屈折および波面収差を測定するために、眼の低次収差を測定する自動屈折計および高次収差の測定のためのＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋ波面収差測定器が一般に使用されている。周辺屈折を測定するのに適するように現在の器具を改変するためのいくつかの方法が説明されている。これらの方法は通常、患者が眼または頭を回転させて観察角度に対して軸外にある標的を固視することを含む。固視標的を移動させることにより、様々な周囲角度および方向につきいくつかの測定値が得られる。典型的には、これらの測定値は順次とられるため、固視、調節および位置合わせの変動、ならびに長い測定時間により不正確が生じる。

「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｎｇ ｅｙｅ−ｒｅｌａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する国際公開第２００８／１１６２７０Ａ１号は、眼の視野全体に測定ビームを走査することにより複数の画角で眼の屈折を測定できる器具を記載している。しかし、この出願に記載された方法および器具は、異なる画角での観察／測定間で鮮明な焦点を維持できず、反射された波面および／または像からとられる測定値の精度が比較的制限されるため、いくつかの限界がある。

複数の画角から測定値をとりおよび／または観察を行うことにより眼関連系の特性評価ができる方法および／またはシステムを提供することが望ましいと考えられる。加えて、比較的高い精度でおよび／または比較的短い測定時間で測定値をとりおよび／または観察を行うことが可能であることが望ましいと考えられる。

本明細書における従来技術への一切の言及は、その従来技術がオーストラリア国内もしくはその他の一切の管轄区域において一般知識の一部を形成すること、またはその従来技術に関連性があるものと当業者により確認、理解、考慮されることが合理的に期待されうることを、容認するものとしても何らかの形で示唆するものとしても解釈されず、解釈されてはならない。

一態様では、本発明は目標物分析システムにおいて用いられる光指向アセンブリを提供し、この光指向アセンブリは、複数の光学リレーアセンブリであり、検査ビームを光伝送システムから目標物へリレーし、戻りビームを目標物から光伝送システムへリレーするように構成された少なくとも一つの光学素子を各光学リレーアセンブリが含む、複数の光学リレーアセンブリを含み、この戻りビームは、検査ビームの目標物による反射または後方散乱により生成され、各光学リレーアセンブリが、光学リレーアセンブリによりリレーされる検査ビームが目標物に達する検査角度と、検査ビームが光学リレーアセンブリを介して進む光伝送システムから目標物までの距離である光路長とを画成し、複数の光学リレーアセンブリは、所与の光学リレーアセンブリの光路長が、その他の光学リレーアセンブリの光路長と予め定義された関係を有するようにさらに構成される。

第二態様では、本発明は目標物を光学的に分析するための目標物分析システムを提供し、この目標物分析システムは、前段落に記載の光指向と；源光ビームを生成し、源ビーム経路に沿って光伝送システムへ伝搬するように構成された光源であり、当該光伝送システムは、当該源ビーム経路に光学的に接続され、検査ビームを生成し、光指向アセンブリの各光学リレーアセンブリに指向するように構成され、当該光伝送システムは、光リレーアセンブリから戻りビームを受け取り、当該戻りビームを当該源ビーム経路に沿って指向するようにさらに適合された、光源と；各戻りビームを検出し、検出された各戻りビームを示す検出器出力データを生成するための検出器と、当該検出器と連絡する処理システムであり、当該検出器出力データを受け取り；検出された各戻りビームに関するデータを、その戻りビームを生成した検査ビームを表すデータと比較し；戻りビームデータと対応する検査ビームデータの対の間の収差を示す分析出力を生成するように適合された、処理システムとを含む。

文脈から異なる解釈が求められる場合を除き、本明細書において用いられるところの「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語ならびに「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含んだ（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」等の同用語の変化形は、さらなる付加物、構成要素、整数またはステップを除外することを企図しない。

本発明のさらなる態様および先行する段落に記載された態様のさらなる実施形態は、例示として添付の図面に関連して示した以下の記載から明らかになる。

本発明の一実施形態による光指向アセンブリを含む観察および測定システムの部分上面図である。 図１のシステムの光指向アセンブリの一部を示した斜視図である。 図１に示される光指向アセンブリの光学リレーアセンブリの立面図である。 図３の光学リレーアセンブリにより提供される光路の概略図である。 本発明の一実施形態による観察および測定システムの概略図である。 本発明の諸実施形態による観察および測定システムの用途に適するコンピューティングデバイスの一実施形態のブロック図である。 追加の特徴／改良を示した図５の観察および測定システムの拡大部分図である。 本発明のさらなる実施形態による観察および測定システムの概略側立面図である。 本発明のさらに別の実施形態による観察および測定システムの概略側立面図である。 本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリの部分斜視図である。 本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリの部分立面図である。 本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリの部分斜視図である。 本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリの部分立面図である。 本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリの部分斜視図である。 本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリの部分立面図である。 本発明のさらなる代替的実施形態による光指向アセンブリの部分立面図である。 本発明のさらなる代替的実施形態による光指向アセンブリの部分上面図である。 本発明のさらなる代替的実施形態による光指向アセンブリの部分上面図である。 経路長調節アセンブリの立面図である。

本発明の諸実施形態は、眼関連系の特性評価のためのシステムおよび方法を提供する。眼関連系の特性評価には、眼関連系の観察を行うことおよび／または眼関連系の測定をすることを含みうる。

「眼関連系」という用語は、本明細書においては、単独のもしくは人工レンズを伴った、外科的修正もしくはその他の変更を行った、もしくは行っていない、人間もしくは動物の眼、または、光障害および／もしくは矯正措置をシミュレーションするために変更を行った、もしくは行っていない、物理的眼モデルもしくは模擬眼等の様々な視覚系を言い表すために使用される。

図１および２は、本発明の一実施形態による観察および測定システム１００の部分上面図および斜視図をそれぞれ提供する。この実施形態では、システム１００が眼関連系１０６の特性評価に使用されているのが示される（当然ながら眼関連系１０６自体はシステム１００の一部ではない）。

システム１００は、光学リレーアセンブリ１１６のアレイに設けられた複数の光学素子１０４からなる光指向アセンブリ１０２を含む。光指向アセンブリ１０２の複数の光学素子１０４は、検査ビームを光伝送システム（後述）から眼関連系１０６へ指向し、戻りビームを眼関連系１０６からビーム検出システム（後述）へ指向するように設けられる。

検査ビームは矢印１０８で、戻りビームは矢印１１０で示される。本実施形態では、システム１００の光軸１１４上に位置する走査鏡１１２により、検査ビーム１０８が照明源から光指向アセンブリ１０２の光学素子１０４へ指向される。図の実施形態では、検査ビームが光指向アセンブリ１０２から眼関連系１０６へ指向されるのと同じ走査平面上で、検査ビーム１０８が走査鏡１１２から光指向アセンブリ１０２へ指向される。同じ走査鏡１１２により、戻りビーム１１０が光学素子１０４からビーム検出システムへ指向される。しかし、以下でさらに詳述するように、代替的配置も可能である。

検査／戻りビームは、複数の検査角度で眼関連系１０６へ入る／眼関連系１０６から戻るように、光指向アセンブリ１０２により指向される。以下でさらに詳述されるように、検査ビーム１０８は典型的には、一つの光学リレーアセンブリ１１６から次のものへと順に指向され、これにより検査ビーム１０８および戻りビーム１１０を順次生成する。各光学リレーアセンブリ１１６の光学素子１０４は、各検査角度での検査（したがって戻り）ビームの光路長の間に所定の光路長関係を提供するように設けられる。例えば所定の光路長関係は、各検査角度での検査／戻りビームの光路長が等しいものでありうる。

本実施形態の各光学リレーアセンブリ１１６は、（ｉ）光源（下記参照）からの照明ビームを検査ビームとして眼関連系１０６内へ偏向させ、（ｉｉ）眼関連系１０６からの反射または後方散乱された戻りビームを検出手段（下記参照）へ偏向させるように機能する、複数の光学素子１０４を含む。光軸１１４に対する検査ビームの角度は、各光学リレーアセンブリ１１６における光学素子１０４の位置および角度の両方により決定される。このようにしてシステム１００は、目標物（眼関連系等）を最大５０°、９０°およびそれ以上、またはさらに最大約１８０°の周辺角度で検査するように構成されうる。システム１００の一つの非限定的応用は、眼の特性評価におけるものであり、この場合は１０°〜４０°の間の角度が通常は適切である。

この特定の実施形態では、十一の光学リレーアセンブリ１１６Ａ〜１１６Ｋが提供される（明確のため、図１ではリレーアセンブリ１１６Ａ〜１１６Ｋが関連のリレーアセンブリの中央光学素子だけに表示された文字「Ａ」〜「Ｋ」で表される）。一つの光学リレーアセンブリ１１６Ｆが眼関連系１０６の光軸１１４上に位置し、残りの十の光学リレーアセンブリは光軸１１４の両側に対称に横方向に伸びる（リレーアセンブリ１１６Ａ〜１１６Ｅは、中央アセンブリ１１６Ｆの一方の側に広がっており、リレーアセンブリ１１６Ｇ〜１１６Ｋは中央アセンブリ１１６Ｆの反対側に広がっている）。図の光学リレーアセンブリにより提供される検査角度は、１０°刻みで（光軸１１４から測定して）約−５０°〜＋５０°に及ぶ（すなわち−５０°、−４０°、−３０°、−２０°、−１０°、０°、＋１０°、＋２０°、＋３０°、＋４０°、および＋５０°の検査角度。当然のことながら、システム１００の代替的実施形態では、問題の用途に応じて、より大きい画角範囲もしくは小さい画角範囲が提供されればよく、および／またはより大きい刻み幅もしくは小さい刻み幅で提供されればよい。

光指向アセンブリ１０２の光学素子１０４は、走査鏡と光指向アセンブリ１０２との間の検査ビームが、光指向アセンブリ１０２と眼関連系１０６との間の検査ビームと同様に実質的に共平面であるように設けられる。これにより、眼関連系１０６の一つの経線、図の例では水平経線を調べることが可能になる。眼関連系１０６との接触／への入射のポイントでの検査ビームの共通平面を、システム１００の走査平面と呼ぶ。アセンブリ１００（またはこれに関係する構成要素）を眼関連系１０６の光軸１１４のまわりで単に回転させることにより、眼関連系１０６の水平でない経線（走査平面）および極角が調べられうる。このような回転を促進するために、一部の実施形態では、垂直および／または斜めの軸／経線を観察／測定できるようにシステム１００がその光軸のまわりで旋回する／回ることができるように、システム１００（またはこれに関係する構成要素）がジンバルまたはピボット軸に取り付けられうる。

図３は、本発明の一実施形態による一つの光学リレーアセンブリ３０２（光学リレーアセンブリ３０２は、図１に示される十一の光学リレーアセンブリ１１６のそれぞれの典型である）の立面図を提供する。図から分かるように、光学リレーアセンブリ３０２は、三つの一次光学素子、すなわち源近接素子３０４と、中央素子３０６と、眼関連系近接素子３０８とを含む。加えて、本実施形態のシステム１００は、源近接素子および系近接素子３０４および３０８の両側に源近接リレー素子および系近接リレー素子３１０および３１２をそれぞれ含む。リレー素子３１０および３１２は、ビーム直径の過度の増加を低減させるために検査／戻りビームをとらえて再合焦するリレーレンズである。

代替的実施形態では、源近接リレー３１０および素子３０４の組み合わせが、例えば非球面（非点収差）凹面鏡の形の一つの光学素子で代替されてもよい。これは、遠位近接リレー３１２および素子３０８についても同様である。光学リレーアセンブリ３０２は、検査ビーム１０８を走査鏡１１２から眼関連系１０６へ、戻りビーム１１０を眼関連系１０６から走査鏡１１２へリレー（または指向）する。より具体的には、
・源近接素子３０４は、検査ビーム１０８を走査鏡１１２から中央素子３０６へ指向し
、戻りビーム１１０を中央素子３０６から走査鏡１１２へ指向するように設けられ；
・中央素子３０６は、検査ビーム１０８を源近接素子３０４から眼関連系近接素子３０
８へ指向し、戻りビーム１１０を眼関連系近接素子３０８から源近接素子３０４へ指
向するように設けられ；
・眼関連系近接素子３０８は、検査ビーム１１０を中央素子３０６から眼関連系１０６
へ指向し、戻りビームを眼関連系１０６から中央素子３０６へ指向するように設けら
れる。

本実施形態では、源近接素子３０４は、走査鏡１１２からの／走査鏡１１２への検査／戻りビームを同じ平面内で指向するために、同じ伝送平面に沿って設けられる（すなわち、走査鏡１１２と源近接素子３０４との間を進む検査／戻りビームの部分は共平面である）。この場合、伝送平面はシステム１００の走査平面と共平面である。同様に、眼関連系近接素子３０８は、眼関連系１０６からの／眼関連系１０６への検査／戻りビームを同じ平面内で指向するために、同じ平面に沿って設けられる（すなわち、眼関連系近接素子３０８と眼関連系１０６との間を進む検査／戻りビームの部分は、システムの走査平面に沿って共平面である）。しかし、中央素子３０６は、システムの走査平面と共平面ではない。そうではなく中央素子３０６は、走査平面に対して垂直の平面内にある。このようにして、源近接素子３０４と眼関連系近接素子３０８との間では、検査／戻りビームが中央素子３０６へ／中央素子３０６から指向される際にシステムの走査平面を出る。

図１で分かるように、各光学リレーアセンブリの源近接リレー３１０は、（走査鏡１１２に対して放射状に設けられ／配置されることにより）走査鏡１１２から等距離である。同様に、各光学リレーアセンブリの眼関連系近接リレー３１２は、（これも眼関連系近接素子の放射状の準備によって）眼関連系１０６から等距離である。光学素子１０４をこのように設けることにより、図４を参照すると、光指向アセンブリ１０２の各光学リレーアセンブリ１１６で、（走査鏡１１２と各源近接リレー３１０との間の）光学距離Ｄは同じであり、（眼関連系１０６と各眼関連系近接リレー３１２との間の）光学距離Ｃは同じである。

しかし、光指向アセンブリ１０２の各光学リレーアセンブリ１１６で、（源近接リレーおよび眼関連系近接リレー３１０および３１２の間の）物理的距離Ａはそのリレーアセンブリにより提供される検査角度に応じて変動する。各光学リレーシステム１１６Ａ〜１１６Ｋの光路（すなわち図４では経路Ｄ→Ｂ４→Ｂ３→Ｂ２→Ｂ１→Ｃ）間に所定の光路長関係を提供するために、各光学リレーアセンブリ１１６の光学素子の一つ以上の位置が必要に応じて調節されうる。経路長の関係を提供するために調節される光学素子は典型的には中央光学素子３０６である（距離Ｂ２およびＢ３を調節する働きをする）が、追加的または代替的に、位置源近接素子３０４および／または眼関連系近接素子３０８が調節されればよい（距離Ｂ４およびＢ１をそれぞれ調節する働きをする）。上述のように、中央光学素子３０６の位置は、システム１００の走査平面に対して垂直の平面内で調節されうる。

本実施形態の文脈（すなわち眼関連光学系の評価）では、予め定義された光路長関係は、典型的には各光学リレーアセンブリ１１６Ａ〜Ｋの（すなわち各検査角度での）経路長Ｄ→Ｂ４→Ｂ３→Ｂ２→Ｂ１→Ｃが等しいものとなる。非限定的な例として、様々な光学素子の間の距離は以下の通りでありうる（値は全てｍｍ単位）。

各検査角度での光路長を同じにすることにより、全ての検査角度にわたり比較的鮮明な焦点が維持され、反射された波面または像から正確な測定が行われうる。これは例えば、異なる検査角度間で光路長が変動して合焦および正確な測定が妨げられる国際公開第２００８／１１６２７０号に記載されるシステムと対照的である。全ての検査角度の間で眼関連系前部の鮮明な焦点を維持することにより、器具軸の瞳孔中央とのより正確な位置合わせが達成されうる。これは、（例えばＣ．Ｆｅｄｔｋｅ，Ｋ．Ｅｈｒｍａｎｎ，Ａ．Ｈｏ，Ｂ．Ｈｏｌｄｅｎ．Ｌａｔｅｒａｌ ｐｕｐｉｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｉｎ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ．Ｏｐｔｏｍ Ｖｉｓ Ｓｃｉ．２０１１；８８：Ｅ５７０−５７９，ＡＡＯ ｐａｐｅｒ ２０１０により示されるように）正確な屈折および波面測定に非常に重要である。

図の実施形態では、眼と走査鏡との間の光学系は基本的に対称、すなわち経路長、鏡角度、およびリレーレンズの焦点距離が左右の側でほぼ同じである。このような対称またはほぼ対称の設計には（リレー／鏡システムの光学的歪みおよび収差が低減される点で）光学的利点があるが、このような対称性は必須ではない。

これは主に他人がその特定の設計特徴を保護することを防止するためであり、下位クレームとして含む必要があるかは定かでない。

代替的実施形態では、所定の経路長関係は、様々な検査角度での光路長の差が存在するようなものである。これは例えば、観察される対象の異なる画角間に予想される任意のバイアスをオフセットし、これによりシステム１００の必要なダイナミックレンジを減少させるために実施されうる。例えば、特定の眼関連系は、中央部の屈折と比較して周辺部で概してより近視性の、例えば０°より±５０°で２．００Ｄ近視性の屈折を有しうる。この場合、波面検出器が中央部と同じ屈折を測定するように、これらの二つの角度での光路長が調節されうる。実測結果を得るために、波面検出器の読取値から２．００Ｄが減算される。したがって、測定可能なダイナミックレンジが２．００Ｄだけ増加する。

以下にさらに詳述するように、光学リレーアセンブリの代替的準備は当然可能である。

様々な光学素子１０４が光指向アセンブリ１０２において適切に使用されうる。典型的には光学素子１０４は、分散および／または色効果を生じない鏡（特に平面鏡）である。プリズム、非球面（非点収差）凹面鏡などのような代替的光学素子も加えて／代替的に使用されうる。

図５を見ると、上述の光指向アセンブリを利用したシステム１００の概略図が示されている。しかし、当然のことながら、システム１００の多くの変形物（および代替物）が可能であり、そのうちの二つが以下に図８Ａおよび８Ｂに関して非限定的な例として記載される。

システム１００は、ここでは光源からの光を伝送する振動走査鏡１１２である光伝送システムへ、ビームスプリッタ５０６を介してコリメートされた源ビーム５０４を指向する光源５０２を含む。走査鏡１１２は、アクチュエータ５１０により移動して照明または検査ビーム１０８を生成し、これが光指向アセンブリ１０２内の連続した光リレーアセンブリ１１６の間で走査されて一連の検査ビーム１０８が生成され、眼関連系１０６内へ、そして網膜５１２上へと所望の入射角の範囲にわたり指向される。したがって、走査鏡１１２は、検査ビーム１０８の点源または共通点、および全ての戻りビーム１１０の共通点を形成する（Ｘで示される）。したがって、網膜５１２から戻される各戻りビーム１１０は、光指向アセンブリ１０２および走査鏡１１２を介してビームスプリッタ５０６へ返され、これにより合焦系５１４を介して光検出器５１６へと向きを変えられる。合焦系５１４は、矢５１０により示されるように合焦範囲を通って軸方向に前後に移動させうる可動レンズアセンブリ５１８を含む。源ビーム５０４（したがって検査ビームおよび戻りビーム１０８および１１０）は、任意の所望のスポット状、ディスク状または環状の横断面を有しうる。一部の応用では、既知の自動屈折計（Ｓｈｉｎ−Ｎｉｐｐｏｎ ＳＲＷ−５０００など）で一般に使用されるような環状の横断面のビームが、ほぼ標準の方法で分析および処理されうることから適切でありうる。図８Ｂに関して後述するように、代替的実施形態では、光検出器５１６は、屈折および高次収差の両方を決定できるＨａｒｔｍａｎｎ Ｓｈａｃｋまたは等価のシステム等の波面センサで代替される。

診察される眼関連系１０６に入る光の全強度がどの瞬間にも最小になるように、一度に一つずつ検査ビーム１０８を生成することが好ましい場合が多い。順次生成により、戻りビーム１１０を区別する検出器５１６の能力も向上する。しかし、検査ビームの順次生成は、例えばアレイの前および／もしくは後の電子シャッタの使用、または可動ビーム偏向素子の使用など他の方法で達成できるため、一つの光学リレーアセンブリ１１６から次のものへと照明ビームを走査することは必須ではない。これらのいずれによっても、検査ビームの高速シーケンスを広範囲の検査角度にわたって生成でき、走査速度は主に戻りビームが検出され関連データが記録されうる速度により決定される。走査および検出は、後述のコンピュータ処理システム５２０または代替的デジタルプロセッサ／コントローラ等のコンピューティングシステムにより、またはその制御下で、自動的に実行されるのが好ましい。

高速走査は、手順の全体を通した生きた自然の眼の良好な固視を可能にするため、望ましいことが多い。本システムは、眼関連系の光学特性を実質的にリアルタイムで計算およびマッピングし、検査および検出シーケンス全体を数秒間で行うことを可能する。本システムの実施形態は、検査および検出シーケンスが１秒未満、０．５秒未満、および／または０．１〜０．２秒の間で行われるように、構成および／または操作されうる。

走査が速度を制限すると考えられる場合には、いくつかのビーム偏向素子が一度に照明されて、別々の検出のために区別される必要がある複数の同時の戻りビームが生成されうる。これは、電子シャッタを用いて一つ以上の戻りビームを切ることまたはパルス符号化することにより行われうる。戻りビームを区別するために選択的偏光も使用されうるが、これも選択的偏光子として働く適切な電子シャッタにより実施されうる。代替的に、多色検査ビーム、各検査／戻り経路の帯域通過フィルタ、または共通の戻り経路に位置し複数のフィルタを含む回転ホイールにより選択が行われてもよい。

本実施形態は光伝送システムとして走査鏡１１２を使用するが、眼関連系１０６内への一度に一つの検査ビーム１０８の伝送、および対応する一連の戻りビーム１１０の生成は、様々な方法でもたらされうる。第一に（後述のように）光伝送システムは、一つの光学リレーアセンブリ１１６から別のものへと一つの狭い照明ビームを指向するビームスキャナを含みうる。第二に、複数の光学リレーアセンブリ１１６が一度に照明され、下流の検査ビーム１０８がゲーティングされて、眼関連系１０６の走査および一連の戻りビーム１１０の生成が行われうる。これは、例えば、光学リレーアセンブリ１１６と眼関連系１０６との間に電子制御可能ＬＣＤシャッタを挿入し、これを光学リレーアセンブリ１１６からの検査ビーム１０８を一度に一つずつ眼関連系１０６に受け入れる走査手段として使用することにより行われうる。したがって、光伝送手段が走査手段を含むことは必須でなく、走査手段および／またはシャッタ等の間で走査機能を分散することが可能である。

このようにして、連続した検査／戻りビーム対が、眼関連系１０６を出入りしながら軸１１４に対して連続的に大きくなる／小さくなる角度で発散／収束する。一つの角度から次の隣接する角度への（すなわち一つの光学リレーアセンブリ１１６から隣接する光学リレーアセンブリ１１６への）順次走査が便利でありうる場合が多いが、固定した順次走査により生じうるバイアスを最小化するために他の多くの走査シーケンスが用いられうる。一度に複数の光学リレーアセンブリ１１６の照明は、走査鏡１１２等のスキャナを用いて容易に達成されうるが、これが行われた場合には、その結果生じた複数の同時の戻りビームを区別することが必要となる。これは、シャッタをビームチョッパ（または選択的偏光子、色キーイングおよび／または色フィルタ素子等の他の手段）として用いて検出システムで他から区別することが必要な各戻りビームを差分符合化することにより行われうる。

例として、二つの屈折技術を記載する。

リング型自動屈折計：各戻りビーム１１０が受け取られる際に、合焦レンズアセンブリ５１４が光軸の方向に沿って移動させられて、検出器５１６で受け取られる像５２２の焦点が変動させられる。一般に、三つの戻りビームの像焦点のそれぞれにつき、像テレセントリック合焦アセンブリ５１４の三つの位置、すなわち像（スポットまたはリング）が最も鮮明な焦点で見える一つの位置、像が一つの経線で最適に合焦されて見える第二位置、および像が異なる経線、通常は第一経線に直交する経線で最適に合焦される第三位置が記録されうる。レンズアセンブリ５１４の三つの位置は、それぞれ眼関連系１０６の等価球面度数、屈折のサジタル非点収差成分およびタンジェンシャル非点収差成分を示す。合焦アセンブリの位置は、眼関連系１０６の等価球面度数および／または円柱度数を示すが、網膜５１２上に形成される像のサイズを観察することにより度数を決定することが好ましいこともある。眼関連系１０６の等価球面度数に関するスポット／像サイズの重要性は、以下の基本的方法で理解されうる。眼関連系１０６に入る検査ビーム１０８が収束するならば、正常または正視眼関連系１０６は網膜５１２上に名目サイズの像を形成する。しかし、近視眼関連系１０６は、名目サイズより大きなサイズの像を形成し、遠視眼関連系１０６は、名目サイズより小さなサイズの像を形成する。

収差計：各戻りビーム１１０が受け取られる際に、合焦レンズアセンブリ５１４が光軸の方向に沿って移動させられて、波面のデフォーカスの補償が予め提供され、波面のデフォーカスが検出器５１６により測定可能な範囲に低減される。一般に、眼関連系１０６の屈折状態を決定する際には合焦アセンブリ５１４の位置が記録され考慮される。検出器５１６は、Ｈａｒｔｍａｎｎ Ｓｈａｃｋまたは他の等価のセンサもしくはシステム等の波面センサでありうる。

システム１００は、検出器５１６の出力を受け取って分析し、システム１００の様々な構成要素を制御するために接続されたコンピュータ処理システム５２０も含む。例として図６は、システム１００の用途に適したコンピュータ処理システム５２０のブロック図を示す。コンピュータ処理システム５２０は、少なくとも一つの処理ユニット６０２を含む。処理ユニットは、一つの処理デバイス（例えばマイクロプロセッサまたは他の計算デバイス）を含めばよく、または、処理デバイスの群もしくは集合を含めばよい。加えて、処理ユニットは、ローカル処理デバイスだけを含めばよく、または、システム５２０により（共有または専用の様式で）アクセス可能および使用可能な分散処理デバイスを含みうる。

通信バス６０４が、処理ユニット６０２、システムメモリ６０６、揮発性メモリ６０８（例えば一つ以上のＤＲＡＭモジュールを含むランダムアクセスメモリ）および不揮発性メモリ６１０（例えば一つ以上のハードディスクドライブ、ソリッドステートディスクドライブ、または他の不揮発性記憶デバイス）等のシステムの様々な構成要素間の通信（すなわちデータ転送）を提供する。例えばシステムメモリ６０６に記憶された基本入出力（ＢＩＯＳ）が、スタートアップ中などにシステム５２０内の構成要素間の情報転送を助ける基本的ルーチンを提供しうる。

コンピュータ処理システム５２０は、周辺デバイスをコンピュータ処理システム５２０に接続しうる一つ以上の入出力インタフェース６１２も含む。当然のことながら、自らのメモリおよび／または処理ユニットを有する知的入出力デバイスを含む多種多様な周辺デバイスが使用されうる。非限定的な例として、システム５２０は、一つ以上のユーザ入力デバイス６１４（例えばキーボード、マウス、マイクロホン、タッチスクリーンなど）、一つ以上のユーザ出力デバイス６１６（例えばＣＲＴ、ＬＣＤまたはＬＥＤスクリーン等のディスプレイユニットおよび／またはスピーカ）、および一つ以上の記憶デバイス６１８（例えばハードディスクドライブ、ソリッドステートディスクドライブ、ＣＤ（ＣＤドライブを介して）、ＤＶＤ（ＤＶＤドライブを介して）、Ｂｌｕｅ−Ｒａｙディスク（Ｂｌｕｅ−Ｒａｙドライブを介して）、フラッシュメモリデバイスなど）の接続を可能にするためのインタフェースを提供しうる。

本実施形態では、処理システム５２０は、（検出データを受け取るために）検出器５１６、（サーボ制御下での制御を可能にするために）レンズアセンブリ５１８および（照明および戻り信号検出の適切なタイミングを確保するための走査鏡１１２の制御を可能にするために）アクチュエータ５１０の追加の周辺デバイスとも通信する。源ビーム５０４が正しく構成されることおよび現在の源ビームの断面パターンの表示が光検出器５１６でとらえられた像５２２との比較のために記憶されることを確保することが通常好都合となるため、光源５０２と処理システム５２０との間の接続も提供される。

周辺デバイスの実際の接続は、直列接続、並列接続、ｅ−Ｓａｔａ接続、ＵＳＢ接続、ＦｉｒｅＷｉｒｅ接続等、標準の接続インタフェースと標準のデータ転送プロトコルを用いて達成されうる。あるいは、一部の周辺デバイスは、固有のコネクタおよび／またはデータ転送プロトコルを使用しうる。

システム５２０は、例えばネットワークへの有線または無線接続を可能にするネットワークインタフェースカードでありうる少なくとも一つの通信インタフェース６２０も含む。ネットワーク（およびこれに接続された他のデバイス）との通信は、典型的にコンピュータネットワーキングのＯＳＩモデルの層に配備されたプロトコルによる。例えば、処理ユニット６０２により実行されるアプリケーション／ソフトウェアプログラムは、一つ以上のトランスポートプロトコル、例えば伝送制御プロトコル（ＴＣＰ、ＲＦＣ７９３に規定）またはユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ、ＲＦＣ７６８に規定）を使用して通信しうる。

光指向アセンブリ１０２の光学素子１０４は、光指向アセンブリ１０２の中に固定して適所に取り付けられうる。あるいは、一部または全部の光学素子１０４は、光学素子１０４の角度および／または位置が変更されうるようにアクチュエータに取り付けられうる。この場合、アクチュエータは典型的に、アクチュエータの制御（したがって処理システム５２０による光学素子１０４の位置／角度の制御）を可能にするように処理システム５２０と通信する。様々なアクチュエータ、例えばチタン酸バリウム圧電アクチュエータ等のソリッドステートデバイスが使用されうる。

必要に応じて、走査鏡１１２での源ビームに対してから検出システムを異なる角度で配置することにより、一つまたはいくつかのステップ角度により源ビーム経路５０４が観察経路（すなわち検出器５１６への戻りビームの経路）から空間的に分離されうる。これは、例えばシステムが細隙灯のような応用例またはＳｃｈｅｉｍｐｆｌｕｇ写真に用いられる場合に有用でありうる。

使用時には、眼関連系１０６の屈折誤差および他の収差が決定され、必要に応じて、各光学リレーアセンブリで検査ビームをその対応する戻りビームと比較することにより表面上にマッピングされうる。これは、波面、相対変位、角度、位置または断面形状の比較により行われうる。源ビームおよび検査ビームは実質的に同一の光学的性質を有するため、このような比較では検査ビームの代用として源ビームを使用することが好都合でありうる。実際に、このような比較の基礎として源ビームに関するデータを保存すれば通常は十分である。したがって、戻りビームの検査ビームとの比較への言及には、戻りビームと源ビームに関するデータとの比較が含まれるものと理解されなければならない。

図７は、追加の特徴／改良を含む、図５に示されるシステム１００の拡大部分図である。図７の実施形態では、システム１００は、第一追加ビームスプリッタ７０６により戻りビーム経路１１０内に光学的に結合された凝視ビーム経路７０４上および光軸１１４上に位置する可動固視標的７０２をさらに含む。固視標的７０２は、眼関連系１０６の凝視または軸をシステム１００が配置された光軸７０４に位置合わせし、調整を制御する。凝視経路７０４内の第二追加ビームスプリッタ７１０は、眼関連系１０６の像を検出器７１２（例えばＣＣＤ）上へ指向し、凝視方向および眼の位置合わせがモニタされることを可能にする。眼関連系１０６が軸方向に位置合わせされて見えるときを（代替的または追加的に）示すために、光学または音響距離センサ７１４が使用されうる。典型的には、固視が確認された後の測定サイクルの開始が自動でありうるように、センサ７１４および検出器７１２はＰと記した矢印で示される処理システム５２０に接続される。標的７０２の位置が必要に応じて自動的に調節されることを可能にするために、固視標的７０２（またはその移動を制御するアクチュエータ）も処理システム５２０に接続されうる。

光軸に沿って異なる距離の間で移動／交換されうる固視標的を用いることにより、本システムは様々な調整状態下で屈折測定を行うことを可能にしうる。

図８Ａおよび８Ｂは、本発明のさらなる実施形態による観察および測定システム８００および８５０の概略側立面図を提供する。

図８Ａのシステム８００は、システム１００（適切な箇所には同様の参照番号を用いている）の構成要素の多くを含むが、眼軸長の測定のための干渉計ビーム経路８０２をさらに含む。

干渉計ビーム経路８０２は、低コヒーレンス光源５０２により放射される源ビーム５０４に対してほぼ直角に設けられる。これには、（ｉ）ビーム５０４内の走査鏡１１２の前に設けられた追加のビームスプリッタ８０４と、（ｉｉ）分散補償素子８０６と、（ｉｉｉ）追加の可動鏡８０８と、（ｉｖ）追加の光検出器８１０（矢印Ｐにより示されるようにコンピュータプロセッサ５２０に接続される）とが含まれる。矢印８１２により示されるように、鏡８０８は、処理システム５２０（これに対する接続が矢印Ｐで示される）の制御下のアクチュエータ８１４により、ビーム経路８０２に沿ってビームスプリッタ８０４に対して前後に移動可能である。アクチュエータ８１４は、鏡８０８を前後に往復させるように操作されるのが好ましい。

図８Ｂのシステム８５０も、システム１００の構成要素の多くを含む（適切な箇所には同様の参照番号を用いている）。システム８５０では、光源８５２は、シャッタ８５６、偏光子８５８、および口８６０を介して源ビームをビームスプリッタ８５４へ指向するスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）である。ビームスプリッタ８５４は（この場合は口８５５を介して）源ビームを振動走査鏡８６２へ指向し、これがさらに光を光指向アセンブリ８６４へ伝送する。光指向アセンブリ８６４（一部のみ図示される）は、本発明の実施形態の一つによる光指向アセンブリでありうる。上述のシステムと同様に、走査鏡８６２が照明／検査ビームを生成し、これが光指向アセンブリ８６４の連続した光リレーアセンブリ（より具体的には連続した光リレーアセンブリの源近接リレー素子８６５）の間で走査されて、眼関連系１０６内へ指向される一連の検査ビームが生成される。

眼関連系１０６は、光指向アセンブリ８６４および走査鏡８６２によりビームスプリッタ８５４へ返るように指向される戻りビームを生成する。ビームスプリッタ８５４は、リレーレンズ８７０を介して戻りビームをさらなるビームスプリッタ８６８へ指向する。

ビームスプリッタ８６８は、リレーレンズ８７４および口８７５を介して戻りビームを波面センサ８７２（この場合はＨａｒｔｍａｎｎ−Ｓｈａｃｋセンサ）へ指向する。光指向アセンブリ８６４の一つの利点は、（上述のように）各走査角度の光路長が等しく保たれ、または各走査角度で他の光路長と予め定義された関係に保たれうることである。これにより合焦要件が減少し、眼関連系１０６における屈折および高次収差の両方の情報を提供するために使用されうる波面センサ８７２の使用が可能になる。光指向アセンブリ８６４により提供される合焦要件の減少を前提とすると、合焦レンズシステム（例えば図５の実施形態のシステム５１４）は、システムのダイナミックレンジを増加させるために含まれうるものの、厳格に必要ではない。

ビームスプリッタ８６８は、戻りビームを合焦レンズ８７８を介して光検出器８７６（この場合ＣＣＤ）にも指向する。光検出器８７６はさらに、凝視方向、眼の横方向位置合わせ、眼の軸方向位置合わせ、瞳孔直径、および／または視線をモニタする際に使用される一つ以上の瞳孔位置合わせスクリーン８７７に連結されうる。

システム８５０は、ビームスプリッタ８８２により光学的に結合された凝視ビーム経路上に位置する可動固視標的８８０も含む。ビームスプリッタ８８２は、眼関連系１０６の光軸上に配置され、リレーレンズ８８４および８８６を介して凝視ビームを標的８８０へ指向する。

システム８５０の様々な構成要素は、データ転送および／または制御のためにコンピュータ処理システム（図示せず）と通信する。当然のことながら、全ての応用例でシステム８５０の全ての要素が必要なわけではない。一つの非限定的な例として、図の実施形態においてはビームの質を高めるために口８６０、８５５、および８７５が用いられているが、これらは代替的実施形態では必要ないこともある。

眼の応用例では、検査ビームは眼関連系内へと進みながら異なる光学特性の材料間の複数の界面に遭遇するため、それぞれの戻りビームは成分戻りビームの組からなる。通常主な関心の対象である成分戻りビームは、前角膜および網膜（眼関連系の最も後方の界面）から戻されるものである。これらは眼球の長さに対応するためである。幸いにも、角膜および網膜から戻される成分ビームは、通常は最も強度および／または明確である。眼関連系内の他の表面から戻される成分ビームは、検出および互いに区別することがより困難であるが、本発明の技術は、そのような成分戻りビームを分析のために選択することを可能にする。角膜および網膜の両方に関連する戻りビーム成分の選択および比較により、干渉計測法を用いて眼軸長を決定することが可能になり、眼軸長は近視進行のモニタリングのために非常に重要である。

移動走査鏡を用いるのと同様に、源ビームから走査照明ビームが一つのポイントまたは共通ポイントで生成される場合に、眼軸長の干渉計測定は眼の屈折収差のマッピングと特に有利に組み合わせられうる。これにより、網膜および角膜成分を有する各戻りビームが、戻りビームごとに収差および角膜から網膜までの距離が決定されうる共通の場所に戻されることが可能になる。共通の場所は、戻りビームがビームスプリッタを用いて検出器ビーム経路および干渉計ビーム経路内に結合されうる走査ポイントの前の源ビームである。角膜から網膜までの距離を測定するために、参照ビーム（源ビームの一部）も、検出されうる様式で戻りビーム成分に干渉できるように干渉計ビーム経路内に結合され、その経路の戻りビームに対する参照ビームの長さが変更されるような方法で干渉計ビーム経路の長さを変更することにより干渉が生成される。この長さの変更は、鏡を移動させ、干渉をモニタすることにより行うことができ、鏡が移動する距離は、角膜から網膜までの距離と同一ではないが関連している。この方法で干渉を達成するために、参照ビーム（したがって源ビーム）は低コヒーレンスで実質的に単色であるのが好ましく、近赤外であるのが好ましい。

以下では、眼関連系１０６の軸長に関心があるものと考える。したがって、図８Ａのシステム８００を参照して、軸方向検査ビーム８１６（すなわち眼関連系１０６の光軸と位置が合った検査ビーム）および対応する戻りビーム８１８（戻りビーム部分８１８Ａおよび８１８Ｂを含む）が検討対象である。使用時には、源ビーム５０４が追加のビームスプリッタ８０４を通って進み、ポイントＡで、（前述のように）走査鏡１１２へと続くビーム５０４Ａと、スプリッタ８０４によりビーム経路８０２内へと反射されて往復鏡８０８へ進み、ここから反射されてポイントＡを介して検出器８１０へと返る参照ビーム８２０との二つの射出ビーム部分に分割される。スプリッタ８０４により検出器８１０に反射される戻りビーム部分８１８Ａおよび８１８Ｂも、ポイントＡと検出器８１０との間の干渉計経路８０２の部分を進むため、参照ビーム８２０が戻りビーム部分８１８Ａおよび８１８Ｂに干渉しまたはぶつかりうる。往復中の鏡８０８の行程は、両方の戻りビーム部分８１８Ａおよび８１８Ｂの間の干渉を引き起こすのに十分であることが当然必要である。これらの干渉は、検出器８１０により検出され、鏡８０８の正確な位置とともに、処理システム５２０に伝送される。便宜上、戻りビーム部分８１８Ａとの干渉は鏡８０８がポイントＤ１にあるときに生じ、戻りビーム部分８１８Ｂとの干渉は鏡８０８がポイントＤ２にあるときに生じるものとする。

より具体的には、光学距離［Ａ，Ｂ，Ｃ１］および［Ａ，Ｄ１］または［Ａ，Ｂ，Ｃ２］および［Ａ，Ｄ２］が等しい場合に干渉が現れる。Ｄ１とＤ２の間の相対距離が鏡の位置から正確に分かっているため、ポイントＣ１とＣ２の間の光学距離も分かる。それから、透光体の既知の群屈折率値を用いて光学距離を物理的距離に変換することにより、角膜と網膜の表面の間の物理的距離が計算されうる。ビーム経路８０２内に分散補償素子８０６を用いて測定精度を高めることができるが、そのようなデバイスは公知技術であり、例えば、“Ｅｙｅ−Ｌｅｎｇｔｈ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｌｉｇｈｔ”，Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ、Ｋ．Ｍｅｎｇｅｄｏｈｔ、およびＷ．Ｗｅｒｎｅｒ、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１３，Ｉｓｓｕｅ ３，ｐｐ．１８６−１８８（１９８８）；ならびにＯｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ Ｅｙｅ−Ｌｅｎｇｔｈ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔと題する米国特許第７，４００，４１０Ｂ２号公報に記載されている。

上述の本発明の実施形態は、様々な方向から非常に短い時間枠内（例えば０．１〜０．２秒）で目標物（眼関連系等）を測定および／または観察できるシステムを提供する。これは、いずれも複数の観察／検査角度のいずれの間でも等しい（またはその他の関係の）光路長を維持する、一つの照明源および一つの観測システムを用いて達成できる。

本発明の実施形態は、例えば眼および眼関連系の中心屈折および周辺屈折ならびに高次収差の測定の分野において、眼関連系の測定および観察に特に応用される。光指向アセンブリ（またはその変形物）を用いて、既知の位置合わせ方法と比較してより正確な瞳孔位置合わせが達成できる。本システムは、例えば、
・上述のような軸長、前房深度、および角膜の厚さの測定；および
・例えば容易に利用可能なＯＣＴ機器により生成される前眼部ＯＣＴ画像からの、角膜
曲率および前房隅角の測定
といった眼関連系の他の様々な測定／観察を行うためにも用いられうる。

本システムは、角膜に光学的に接合される細隙を通過する可視光源を用いることにより細隙生体顕微鏡検査用に適応／構成されてもよい。瞳孔カメラを用いて角膜の細隙像がとらえられうる。この場合、角膜を観察されるのと異なる角度から照明するために固定された角度増分で枢支されうるように細隙照明器を取り付けることが有利でありうる。

本システムの実施形態を用いて、眼が既知の場所で固視されている間に二つ以上の観察角度で観察される瞳孔（または虹彩）のサイズ／形状を比較することにより、眼の視軸と光軸の間の角度変位を決定することもできる。比較的単純な実施態様では、眼は中心に固視しながら、一つは＋３０°で一つは−３０°での前眼部の二つの像がとらえられうる。それから瞳孔水平直径または角膜水平直径を用いて、二つの直径の間の非対称が光軸および視軸の水平成分に相関付けられうる。同様に、機器をその光軸の周りで回すことにより垂直成分が決定され、上述されうる。

加えてまたは代替的に、実施形態を用いて、二つ以上の観察角度で観察される特徴（例えば楕円形の瞳孔のサイズ）を比較することにより、複数の光軸に一致する平面内の眼関連系（または他の目標物）の回転を決定することができる。

しかし、当然のことながら、上述の光指向アセンブリの特徴（異なる検査角度での光路長が等しくなることを可能にする）が、他の測定および観測システム／機器において利用されてもよい。例えば本アセンブリ（またはその改変物）は、細隙灯、低コヒーレンス厚みおよび長さ測定機器、ならびに検眼鏡で使用されうる。

さらに、上述のシステムは眼関連系の測定および観察に関して記載されているが、本システムの特徴は、様々な観察（検査）角度で離散した測定／観察を行うことが望ましい他の目標物および／または系を測定および観察するようにも適合されうる。例えば本システムは、生物サンプル等に対する多方向分光の用途に適し、システムの様々な構成パラメータ（例えば走査位置の数、角度範囲、作動距離、精度など）は、
・少なくとも二つの異なる方向からの準同時観察により目標物の距離ならびに横方向配
置および向き検出するため；
・後上述の準同時画像の各像を個別に色分けした二つ以上を重ね合わせることにより形
成された一つの着色像を用いて、機器に対して検出された目標物の配置を描写するた
め；
・二つ以上の観察角度に沿った焦点したがって距離を検出することにより、目標物の横
方向配置を決定するため；
・二つ以上の観察角度から見える目標物の投影された傾斜を観察することにより、複数
の光軸に対して垂直の二つの平面内の目標物の回転を決定するため；および／または
・目標物の立体画像を生成するため
の使用等の所与の応用に適切であるように最適化されうる。

次に図９、１０、１１、１２、および１３を参照して、本発明の代替的実施形態による光指向アセンブリを説明する。これらの光指向アセンブリは、上述の測定／観測システム（例えばシステム１００、８００、または８５０）とともに、または代替的測定／観測システムとともに使用されうる。図９Ａ、１０Ａおよび１１Ａは、光指向アセンブリ９００、１０００、および１１００の部分斜視図を提供し、図９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂ、および１２は、光指向アセンブリ９００、１０００、および１１００の一つの光学リレーアセンブリの部分立面図をそれぞれ提供する。

図９〜１２の各実施形態では、光指向アセンブリ９００、１０００、１１００、および１２００は、走査鏡１１２からの光を複数の検査角度で関心のある目標物９０２（眼関連系１０６または観察／測定される代替的目標物でありうる）へ／内へ指向する。前述の実施形態と同様に、光指向アセンブリ９００、１０００、１１００、および１２００はそれぞれ、各検査角度で検査（したがって戻り）ビームの光路長の間に所定の光路長関係を提供するように動作する。

図９の光指向アセンブリ９００は、複数の光学リレーアセンブリ９０４（そのうち三つだけが図９Ａに、一つが図９Ｂに示される）を含む。各光学リレーアセンブリ９０４は、中央光学素子９０６と目標物近接素子９０８とを含む。用途および使用される光学素子に応じて、リレー素子９１６および９１８も使用されうる。検査ビームを中央光学素子９０６へ指向する（中央光学素子９０６から戻りビームを受け取る）ために、ケース走査鏡１１２は二つの軸（すなわち水平軸および垂直軸）の周りで移動可能であり、走査鏡１１２がパンおよび傾斜することが可能である。中央光学素子９０６は、検査／戻りビームを走査鏡１１２と目標物近接素子９０８との間で指向し、目標物近接素子９０８は検査／戻りビームを中央素子９０６と目標物９０２との間で指向する。本実施形態では、走査鏡１１２と各中央光学素子９０６との間の光路９１０は共平面ではないが、目標物９０２に指向される／入る（すなわち目標物近接素子９０８と目標物９０２との間の）光路９１４は共平面である（システムの走査平面を画成する）。

中央素子９０６の位置を調節することにより、光指向アセンブリ９００の所与の光学リレーアセンブリ９０４の光路長（すなわち光路９１０、９１２、および９１４の組み合わせ）が設定／制御されうる。したがって、光学リレーアセンブリ９０４の各中央素子９０６の選択的配置により、光学リレーアセンブリ９０４間の所望の所定の光路長関係が設定されうる。

図１０の光指向アセンブリ１０００は、複数の光学リレーアセンブリ１００２を含む（そのうち三つだけが図１０Ａに、一つが図１０Ｂに示される）。各光学リレーアセンブリ１００２は、走査鏡１１２と測定／観察される目標物９０２との間に配置された一つの中央光学素子１００４を含む。中央光学素子１００４は、検査ビームを直接走査鏡１１２から目標物９０２へ、戻りビームを目標物９０２から走査鏡１１２へ返るように指向する。典型的には、走査鏡１１２と中央光学素子１００４との間、および中央光学素子１００４と目標物９０２との間にリレー素子（図示せず）が配置される。図９の実施形態と同様に、走査鏡１１２は、検査ビームを光リレーアセンブリ１００２の中央光学素子１００４に直接伝送する（および戻りビームを中央光学素子１００４から受け取る）ためにパンおよび傾斜するように二つの軸の周りで移動可能である。

図１０の実施形態は、走査平面が平面である（すなわち走査鏡１１２と各中央光学素子１００６との間の光路１００６が共平面である）ように準備／構成されうる。あるいは図１０の実施形態は、走査平面が平面ではなく（すなわち走査鏡１１２と各中央光学素子１００６との間の光路１００６が共平面ではなく）、目標物９０２と各中央素子１００４との間の光路１００８も平面でないように準備／構成されうる。しかしこの場合には、光指向アセンブリは、共通走査平面からの逸脱が比較的小さく、なお有用なデータ（例えば眼関連系からの屈折データ）の入手を可能にするように構成されうる。さらに、完全な３Ｄ周辺屈折マップを得るために光指向アセンブリ１０００がその光軸の周りで回転させられる場合には、測定されたポイントが補間されて連続マップが達成されうる。

中央素子１００４の位置を調節することにより、光指向アセンブリ１０００の所与の光学リレーアセンブリ１００２の光路長（すなわち光路１００６および１００８の組み合わせ）が設定／制御されうる。したがって、光学リレーアセンブリ１００２の各中央素子１００４の選択的配置により、光学リレーアセンブリ１００２間の所望の所定の光路長関係が設定されうる。

図１１の光指向アセンブリ１１００は、複数の光学リレーアセンブリ１１０２を含む（そのうち三つだけが図１１Ａに、一つが図１１Ｂに示される）。各光学リレーアセンブリ１１０２は、源近接光学素子１１０４と、中央素子１１０６と、リレー素子１１１４とを含む。典型的には、目標物９０２と中央素子１１０６との間に追加のリレー素子（図示せず）が配置される。本実施形態では、源近接素子１１０４が（図１の実施形態と同様に）共平面ビームにより照明可能であり、そのため走査鏡１１２は光学リレーアセンブリ１１０２の源近接素子１１０４の間をパンするために一つの軸の周りで移動可能であれば足りる。源近接素子１１０４は、走査鏡１１２と中央素子１１０６との間で検査／戻りビームを指向し、中央素子１１０６は、検査／戻りビームを目標物９０２へ／目標物９０２から直接指向する。図１０の光指向アセンブリ１０００と同様に、本実施形態の光指向アセンブリ１１００は、目標物９０２と各中央光学素子１１０６との間の光路１１１２が平面であるか共平面ではないように準備／構成されうる。源近接素子１１０４と走査鏡１１２との間の光路１１０８は、伝送平面上で共平面である。

中央素子１１０６の位置を調節することにより、光指向アセンブリ１１００の所与の光学リレーアセンブリ１１０２の光路長（すなわち光路１１０８、１１１０、および１１１２の組み合わせ）が設定／制御されうる。したがって、光学リレーアセンブリ１１０２の各中央素子１１０６の選択的配置により、光学リレーアセンブリ１１０２間の所望の所定の光路長関係が設定されうる。

図１２の実施形態では、一つの中央素子の代わりに、一つ以上の光学リレーアセンブリ１１６に二つの中央光学素子１２０２および１２０４が提供される。この場合、第一中央素子１２０２は、光を源近接素子３０４と第二中央素子１２０４との間で指向し、第二中央素子１２０４は、光を眼関連系近接素子３０８と第一中央素子１２０２との間で指向する。光学リレーアセンブリに二つの中央光学素子を使用することにより、二つの中央光学素子を一致して移動させることにより全ての光学リレーの光路長が同調して（例えばアクチュエータを用いて）調節されうる。あるいは、リレーアセンブリの光学素子は、光学リレーアセンブリ間に異なる経路長関係を提供するために個別に調節されうる。

図１３Ａおよび１３Ｂの光指向アセンブリ１３００は、参照により全体として本明細書に組み込まれる２００８年１０月２日公開の“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｎｇ ｅｙｅ−ｒｅｌａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ”と題する国際公開第２００８／１１６２７０Ａ１号（国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４３４）に記載されたアセンブリの修正物である。

（国際公開第２００８／１１６２７０号に記載されるように）アセンブリ１３００の各光学リレーアセンブリ１３０２Ａ〜１３０２Ｋは光指向素子１３０６Ａ〜Ｋを含む。しかし、加えて、各光学リレーアセンブリ１３０２Ｂ〜１３０２Ｊは経路長調節手段を含み、これは図１３Ａおよび１３Ｂの実施形態では、調節素子１３０４Ｂ〜１３０４Ｊである。調節素子１３０４は、光学リレーアセンブリの光路長を調節し、これにより各リレーアセンブリ１３０２の光路間に（例えば光路長が等しいように）所定の光路長関係を提供するために提供される。光指向素子１３０６はプリズムまたは類似のものであればよく、検査／戻りビームを関心のある目標物９０２（例えば眼関連系）と走査鏡１１２との間で（必要に応じて調節素子を介して）指向する働きをする。

本ケースの調節素子１３０４は、１より大きい屈折率を有する側面が平行な光学ガラス素子である。当然のことながら、様々な方法でこれらの素子による光路延長が達成されうる。例えば、図１３Ａでは、所与のリレーアセンブリ１３０２の調節素子１３０４は、所望の経路延長を提供するように選択された屈折率を有する。あるいは、図１３Ｂでは、所与の光学リレーアセンブリ１３０２の調節素子１３０４は、所望の経路延長を提供するために選択されたサイズ（例えば長さまたは幅）を有する。

図１３Ａおよび１３Ｂには、光指向素子１３０６および経路長調節手段１３０４が別個の光学的構成要素として示されている。しかし、さらなる代替的実施形態では、一つの光学的構成要素（例えば細長いプリズムタイプの素子）が、素子１３０６の光指向機能および素子１３０４の経路延長機能の両方を達成するために使用されうる。

図１３Ｃは、光指向アセンブリ１３００（または実際に前述の実施形態のいずれかの光指向アセンブリ）の用途に適する代替的な経路長調節手段１３１０の立面図を提供する。経路長調節手段１３１０（またはその変形物）は、所与のリレーアセンブリの光路長を調節するために調節素子１３０４に加えて、またはその代わりに使用されうる。調節手段１３１０は、検査／戻りビーム１３１６を元のビーム軸（点線１３１８により示される）外へ、そしてビーム軸内へ戻るように偏向させるように角度がつけられた一対の光学素子１３１２および１３１４（ここでは側面が平行なガラスプレート）を含む経路長調節アセンブリである。光学素子１３１２および１３１４の厚み、光学素子１３１２および１３１４の屈折率、素子１３１２および１３１４が光路内に置かれる角度（より垂直な角度がより少ない偏向および経路延長を提供する）、または、厚みと屈折率と角度との組み合わせに応じて、調節手段１３１０により異なる光路長が提供されうる。

光指向アセンブリは、もちろん異なるタイプの経路長調節手段の組み合わせを利用しうる。例えば、いくつかの光学リレーアセンブリは、特定の屈折率の調節素子を介して、特定の幅の調節素子により、手段１３１０等の調節手段により、および／またはその様々な組み合わせを用いた調節手段により、所望の経路延長を提供しうる。このような調節手段は、前述の実施形態の光指向アセンブリにおいても用いられうる。

当然のことながら、中央光学リレーアセンブリ１３０２Ｆは、最も短い幾何学的経路長を提供し、走査角度が増加するほど次第に長くなる幾何学的経路長が提供される（最も長い幾何学的経路長は最大／周辺走査角度である１３０２Ａおよび１３０２Ｋである）。周辺光学リレーアセンブリ１３０２Ａおよび１３０２Ｋにより提供される経路長が本システムの最長経路であるため、これらの光学リレーアセンブリには調節素子が必要ないこともある（調節素子１３０４Ｂ〜１３０４Ｊは全て、リレーアセンブリ１３０２Ａおよび１３０２Ｋの経路長と等しい（またはその他の関係にある）経路長を提供するために選択される。

しかし、代替的実施形態では（例えば１３０２Ａおよび１３０２Ｋリレーアセンブリにより「自然に」提供されるよりも長い経路長を必要とする予め定義された経路長関係のために必要または有利な場合には）、もちろんリレーアセンブリ１３０２Ａおよび１３０２Ｋにもその光路長を延長するための調節素子が提供されうる。

図１３Ａおよび１３Ｂの光指向アセンブリは、光学素子が全て一つの平面内に配置されるアセンブリを提供することにより、ある用途において利点を提供しうる。

本発明の光指向アセンブリのさらなる代替的実施形態は、複数の角度寸法に走査平面（すなわち測定軸）を提供するために、複数の非共平面の光路を提供しうる。例えば、二つの角度寸法、すなわち上述の実施形態の通りの第一角度寸法と、主走査（および測定）平面に対して平行であるが上または下にある測定平面上に配置された第二光学素子組により提供される（走査鏡から見た）第二光学検査／受け取り軸とに測定軸を提供するようにアセンブリが構成されうる。この場合には、光学素子（例えば素子３０６／９０６）は、検査／戻りビームを「水平」検査角度（先述の実施形態の通り）および「垂直」検査角度の間の両方で選択的に指向するように操作されて、例えば、（垂直０度）［＋４０，＋２０，０，−２０，−４０］および（垂直２０度）［＋４０，＋２０，０，−２０，−４０］等の測定値組を提供する。（他の垂直／水平角度も可能である。）

この例はもちろん、主走査平面より上または下に位置する第三測定平面内に配置された第三（およびそれ以上の）組の光学素子を含むように拡張されうる。走査鏡から見た各第三軸は、各第三測定平面にある。

いくつかの応用例／実施形態では、光指向アセンブリおよび測定／観察システムの特徴／構成要素が有利であるが、全ての特徴／構成要素が全ての応用例／実施形態で厳格に必要とされるわけではないことが理解されよう。

本明細書に開示および定義された本発明は、言及されまたは本文もしくは図面から明らかな個々の特徴の二つ以上の全ての代替的組み合わせに及ぶことも理解されよう。これらの異なる組み合わせの全てが、本発明の様々な代替的態様を構成する。

Claims (22)

1. 目標物分析システムに用いられる光指向アセンブリであって、前記光指向アセンブリは、
   複数の光学リレーアセンブリであり、各光学リレーアセンブリが、
   検査ビームを光伝送システムから目標物へリレーし、
   前記目標物による前記検査ビームの反射または後方散乱により生成された戻りビームを、前記目標物から前記光伝送システムへリレーする、ように構成された少なくとも一つの光学素子を含む、複数の光学リレーアセンブリを含み、
   各光学リレーアセンブリが、
   前記光学リレーアセンブリによりリレーされる前記検査ビームが前記目標物に達する検査角度と、
   検査ビームが前記光学リレーアセンブリを介して進む、前記光伝送システムから前記目標物までの距離である光路長と、を画成し、
   前記複数の光学リレーアセンブリは、所与の光学リレーアセンブリの前記光路長が、その他の光リレーアセンブリの前記光路長と予め定義された関係を有するようにさらに構成される、光指向アセンブリ。
2. 前記光学リレーアセンブリの前記光路長が、独立して調節可能である、請求項１に記載の光指向アセンブリ。
3. 前記光路長の間の前記予め定義された関係は、全ての光学リレーアセンブリの前記光路長が等しいことである、請求項１に記載の光指向アセンブリ。
4. 各光学リレーアセンブリが、複数の光学素子を含み、各光学リレーアセンブリの前記複数の光学素子が、前記検査ビームを前記目標物に向けて指向し、前記戻りビームを前記光伝送システムに向けて指向するための中央光学素子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
5. 各光学リレーアセンブリが、目標物近接光学素子を含み、前記複数の光学リレーアセンブリの前記目標物近接光学素子が、検査ビームを前記目標物へ共通走査平面上でリレーするように設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
6. 前記光指向アセンブリが、前記目標物近接光学素子からの前記検査ビームが前記目標物へリレーされる前記共通走査平面を調節するために、回転手段により回転可能である、請求項５に記載の光指向アセンブリ。
7. 各中央光学素子が、前記走査平面に対して垂直の平面内に配置される、請求項５または請求項６に記載の光指向アセンブリ。
8. 少なくとも一つの中央光学素子が、前記走査平面対して垂直の平面内でアクチュエータにより移動可能であり、前記中央光学素子の移動が、その光リレーアセンブリにより画成される前記光路長を変更する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
9. 各光学リレーアセンブリが、光伝送システム近接光学素子をさらに含み、前記複数の光学リレーアセンブリの前記光伝送システム近接光学素子が、前記光伝送源からの検査ビームを共通伝送平面上で受け取るように設けられる、請求項４〜８のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
10. 前記伝送平面が、前記走査平面と共平面である、請求項９に記載の光指向アセンブリ。
11. 前記目標物が、眼関連系である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
12. 前記光伝送システムが、走査鏡である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
13. 前記走査鏡が、二次元で移動可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
14. 複数の前記光学リレーアセンブリの各々が、前記光学リレーアセンブリの前記光路長を調節するための経路長調節手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
15. 所与の光学リレーアセンブリの前記経路長調節手段が、前記予め定義された光路長関係に一致する光路長をその光学リレーアセンブリに提供するように選択される屈折率を有する調節素子を含む、請求項１４に記載の光指向アセンブリ。
16. 所与の光学リレーアセンブリの前記経路長調節手段が、前記予め定義された光路長関係に一致する光路長をその光学リレーアセンブリに提供するように選択されるサイズを有する調節素子を含む、請求項１４または請求項１５に記載の光指向アセンブリ。
17. 所与の光学リレーアセンブリの前記経路長調節手段が、前記検査ビームおよび前記戻りビームを元のビーム軸から出、再び入るように偏向させることにより前記光学リレーアセンブリの前記経路長を調節するように構成された一対の光学素子を含む、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の光指向アセンブリ。
18. 目標物を光学的に分析するための目標物分析システムであって、前記目標物分析システムが、
    請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光指向アセンブリと、
    源ビームを生成しソースビーム経路に沿って光伝送システムへ伝搬するように適合された光源と、
    各戻りビームを検出し、検出された各戻りビームを示す検出器出力データを生成するための検出器と、
    前記検出器と通信する処理システムと、
    を含み
    前記光伝送システムは、前記ソースビーム経路に光学的に結合され、検査ビームを生成し前記光指向アセンブリの各光学リレーアセンブリに指向するように適合され、前記光伝送システムはさらに、前記光学リレーアセンブリから戻りビームを受け取り、前記戻りビームを前記ソースビーム経路に沿って指向させるように適合されており、
    前記プロセッサが、
    前記検出器出力データを受け取り、
    検出された各戻りビームに関するデータを、その戻りビームを生成した前記検査ビームを表すデータと比較し、
    戻りビームデータと対応する検査ビームデータの対の間の収差を示す分析出力を生成するように適合された、目標物分析システム。
19. 前記ソースビーム経路内に位置し、前記ソース経路に沿って指向される各戻りビームの最少部分の向きを前記検出器へ変えるように適合された、第一ビームスプリッタをさらに含む、請求項１８に記載の目標物分析システム。
20. 前記光伝送システムが、連続した検査ビームおよび戻りビームを生成するために前記光学リレーアセンブリ上に前記源ビームを走査するように適合されたビームスキャナを含む、請求項１８または請求項１９に記載の目標物分析システム。
21. 前記検出手段によるその個別の検出を促進するために複数の戻りビームを差分符合化するように適合された符合化手段をさらに含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の目標物分析システム。
22. 前記目標物が、人間の眼またはそのモデルであり、前記眼は、各戻りビームが角膜からの反射を示す第一成分と網膜からの反射を示す第二成分とを有するように前記角膜表面と前記網膜表面とを有し、
    前記目標物分析システムが、前記ソースビーム経路と交差する干渉計ビーム経路と、
    前記ソース経路と前記干渉計ビーム経路との交点に位置し、前記ソースビームの一部の向きを参照ビームとして前記干渉計ビーム経路内に変え、前記ソースビーム経路内を進む戻りビームの一部の向きを前記干渉計ビーム経路内に変えるように適合された、第二ビームスプリッタと、
    前記干渉計ビーム経路の一方の端に設けられ、前記参照ビームと前記ソース経路内の前記戻りビームとの間の干渉が検出されたときに前記プロセッサに信号送信するために前記プロセッサに接続された、干渉検出器と、
    前記干渉計ビーム経路の他方の端に設けられた、反射器と、
    前記干渉計ビーム経路の有効長を変更すべく、前記処理システムの制御下で前記干渉計ビーム経路に沿って前記反射器を往復させるために、前記反射器と前記処理システムとに接続された、反射器アクチュエータと、
    を有し、
    動作中、前記処理システムが、前記眼内の前記戻りビームの経路に沿って前記眼の前記角膜と前記網膜との間の距離を計算できるように、前記戻りビームの前記第一成分と前記参照ビームとの間の干渉が前記反射器アクチュエータの第一位置とともに前記処理システムに信号送信され、前記戻りビームの前記第二成分と前記参照ビームとの間の干渉が前記反射器アクチュエータの第二位置とともに前記処理システムに信号送信される、
    請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の目標物分析システム。

Images