提供了用于使用光谱波前分析仪分析波前以在所述波前的二维采样点阵列提取光学相位和光谱信息的方法和系统，其中，所述采样点之间的相对相位信息得以保持。还提供了用于通过反射眼睛的波前并以多个角度测量所述波前以提供眼睛的离轴相对波前曲率和像差的映射来测量眼睛的方法和系统。通过这些方法和系统提供的波长与光束孔径上的采样点之间的相位精度具有许多眼睛应用，包括角膜和眼前断层扫描术、高分辨率视网膜成像，以及作为探测光束入射角的函数的用于确定近视发展并设计和测试用于校正近视的镜片的波前分析。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学反射和散射介质的计量，并涉及高光谱成像和波前分析领域。本专利技术主要开发用于人眼计量，且下文将参考该应用来描述本专利技术。然而应理解的是，本专利技术并不限于该特定使用领域。相关申请的交叉引证本专利技术要求于2013年6月20日提交的澳大利亚临时专利申请第2013902254号的优先权，其内容通过引证结合于此。
技术介绍
在整个说明书中，任何有关现有技术的讨论都不应该被认为是承认该现有技术已经为公知常识或构成本领域公知常识的一部分。已通过一系列不同仪器解决了对光学部件(尤其是人眼)的测量，这些仪器能够提供有关眼睛形态和功能的不同方面的信息并识别各种异常。测量眼睛表面的轮廓在需要装配隐形眼镜(contact lens，接触镜片)的应用中受到特别关注，且随着隐形眼镜的范围和功能的增加，精确测量较大区域的表面地形图(topography)的需要变得越来越重要。可进行的其他测量包括波前分析，波前分析为对眼睛的光学特性(即，眼睛功能)进行的基于相位的测量。对眼睛前段各种特征的测量在外科应用中可具有很大价值。在对眼睛视网膜进行成像方面已取得了重大进展，且光学相干断层扫描技术(OCT) (optical coherencetomography，光学相干层析成像技术)已使得能够通过使用反射光的强度和相位所包含的信息的扫描方法对多种眼睛结构进行三维分析。图1示意性地示出了能够计算活体人眼角膜的隆起度(elevat1n)和曲率的普氏盘(Placido disc，普拉西多氏角膜盘)地形图仪。一系列被照射的同心环100从目标角膜101被镜面反射，且反射图像被透镜系统102投影到成像传感器103上。使用软件来处理捕获的图像以识别环反射和相应的物理环。利用环100的已知几何形状和透镜系统102，在每一个环图像与相应的物理环之间进行反向光线追踪104以确定角膜表面从角膜顶点105处开始在每一个反射点的斜率。使用“弧阶(arc step)”算法来计算下一个环反射点沿每一条射线的斜率、曲率和轴向深度。图2示意性地示出了能够沿狭缝孔径222在许多点处对光的强度进行光谱分析的“推扫式”高光谱成像仪(‘push broom’hyperspectral imager)。狭缝孔径222用于分析样本221 (例如，由远视成像系统或其他成像系统形成的图像)的线性部分。准直透镜223将通过狭缝孔径收集的光引导至分散元件(例如，光栅225)，其有角度地使光的波长分量分散，且聚焦透镜224将每一个波长分量聚焦到沿焦平面阵列226的波长轴线的分离位置上，信息在此处被收集和分析。通过相对于狭缝孔径222来扫描样本221可获得完整的高光谱图像。高光谱成像还延伸至二维“单拍(single shot) ”应用，其中对穿过一区域的不同波长的光强度进行“单拍”测量，而非以扫描方式进行测量。高光谱成像仅收集与强度有关的信息，因此会丢失任何相位信息。其对眼睛计量的价值有限，且生物学应用通常局限于理解光谱特征，例如血液的氧化，这些光谱特征通过吸收性或荧光性来显示。图3示意性地示出了用于确定眼睛波前像差(aberrat1n)的波前分析仪。输入的已知光束或波前321 (通常为单色但并不一定为单色)通过分束器322传播至待测眼睛324，在此处，理想的是光束因眼睛的屈光力(optical power) 323被聚焦到视网膜325上，或接近视网膜325。然后，一小部分反射分量因眼睛的屈光力被准直，并通过分束器322与输入光束321分离以形成输出波前326，其含有关于眼睛324的剩余屈光力和像差的信息。利用夏克-哈特曼分析仪(Shack-Hartmann analyser) 327来分析输出波前326，如图3a中的放大图所示，分析仪327由微透镜阵列331组成，微透镜阵列对预定网格的波前进行采样并将其聚焦到焦平面阵列333上。由每一个微透镜形成的图像斑点334的位置可用于估计波前326在每一个采样点的斜率335，且如果可足够准确地确定斜率且如果采样点之间的变化并不大，则有可能重构波前在采样点的实际相位328。已建议利用多光谱波前分析仪来确定光学部件的分散性能，例如眼睛的纵向色差，例如在P.珍妮和J.施魏因格林的“RGB夏克-哈特曼波前传感器”，现代光学杂志2008年第55卷第737-748页(P.Jain and J.Schwiegerling ‘RGB Shack-Hartmann wavefront sensor’，J.ModernOptics 55(2008)737-748)以及S.曼扎罗拉等人的“用于人眼的波长可调波前传感器”，光学快递 2008 年第 16 卷第 7748-7755 页(S.Manzanera et al ‘A wavelength tunablewavefront sensor for the human eye，，Optics Express 16 (2008) 7748-7755)中讨论的那样。然而，未获得不同波长之间的相对相位信息。许多分析眼睛的方法依赖于被称为光学相干断层扫描技术(0CT)的各种变型，该技术能够提供关于眼睛结构的断层扫描数据并结合入许多眼睛仪器。可利用的方法主要有两种，即时域 0CT 和谱域 OCT (time domain OCT and spectral domain OCT)。在时域 OCT中，通过对从样本反射的光进行成像并利用由相同源提供的但具有时变路径长度的参考光束干涉图像或图像内的单个点，可利用相干长度为几微米的部分相干源(例如，超辐射发光二极管(SLED))的相干特性。在样本中与路径长度延迟对应的特定深度，将在组合的反射回信号中检测到干涉条纹包络，从而允许重构在深度维度的反射剖面。通常，一次仅对单个采样点进行处理，且相应的深度扫描被称为“A扫描”。该技术的变型(被称为线性0CT)通过使参考光束和样本光束适当地成角度以单拍方式捕获A扫描，并沿焦平面阵列检测条纹。在每种情况下，可在正交维数上扫描采样点以提供二维“B扫描”或甚至完整的三维扫描。谱域0CT技术不再扫描延迟线，而是通过利用参考光束干涉反射光来分析反射光，作为波长(扫频源0CT)的时变函数，或通过利用光栅或其他光谱多路复用器(spectraldemultiplexer)使不同的波长分散并同时沿检测器阵列检测。谱域信息为空间(深度)反射剖面的傅里叶变换，因此空间剖面可通过快速傅里叶变换恢复(在技术的限制范围内)。现代计算技术使得能够利用例如谐振扫描镜快速地进行可在两个轴线上扫描的A扫描，以便以作为临床可允许的屈光力、分辨率与信噪要求之间的折衷的刷新速率给出高分辨率完全扫描。众所周知，在利用0CT的扫描系统中，由于扫描期间活体人眼会发生微米级运动(通常为一秒的量级)，因此很难在不同采样点之间实现高精度相对测量。阮(Nguyen)等人(光学快递2013 年第 21 卷第 13758-13772 页(Optics Express21 (2013) 13758-13772))已提出了基于将干涉仪与经修改的能够在图像平面测量多个A扫描的高光谱成像系统结合的OCT系统。然而，由于无校准或无指定用于保证相位关系的方法，因此该系统似乎无法保持采样点或波长之间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于分析波前的光学系统，所述系统包括适于在所述波前上的多个采样点提取光学相位和光谱信息的光谱波前分析仪，其中，所述多个采样点之间的相对相位信息得以保持，且其中所述多个采样点形成二维采样阵列。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·詹姆斯·弗里斯肯，格兰特·安德鲁·弗里斯肯，
申请(专利权)人：赛莱特私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU
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