用于校正波前传感器的设备及相关方法技术

一种用于测量眼睛像差的波前传感器，包括校正测试元件（３２）和存储在设备中用作比较的校正测量信息，以确保该设备被正确地校正而用于可靠的像差测量。波前校正、聚焦校正以及视网膜照射度监视均为所考虑的校正测量。可选择的互锁功能在像差仪超出校正范围或使用不安全时阻止该像差仪的诊断性／治疗性操作。还描述了一种用于校正像差仪的方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及眼睛波前(ophthalmic wavefront)传感领域，并特别涉及用于像差仪校正的设备及相关方法。
技术介绍
波前传感器，通常称为像差仪(这个术语在此将互换使用)，是一种测量在光束的光径中畸变的波前与理想的或参考的波前之间差异的设备。所述测量在适当处理时，可以产生光束传播通过的光学系统的各种像差值，这些光学系统使得波前产生畸变。尽管高能激光和天文成像是波前传感前发展的主要动力(其中大气自身是导致像差的光学系统)，近来更多的注意力集中在测量眼睛的像差，以达到改善视觉质量的目的。感兴趣的读者可以参考Geary，JM，Introduction toWavefront Sensors，SPIE Optical Engineering Press(1995)(波前传感器导论，SPIE光学工程出版社(1995))；以及Williams的美国专利5,777,719以获得更多信息。这些参考以可以应用的专利条款和法律所允许的程度而作为参考完整的结合于此。上述的Williams的专利描述了沙克—哈特曼(Shack-Hartmann)型波前传感仪器，可以用于测量在其它参数之中的高阶眼睛像差。很多商业的像差仪包含微透镜(小型透镜)阵列并以沙克—哈特曼原理工作。其他类型的像差仪包括空间解析的基于Scheiner视力计的屈光度计，以及基于Tscheming原理的该类系统，视网膜检影系统，Tracey技术型的扫描系统，光束跟踪设备，以及其他等等。所有这些像差仪类型在眼睛波前传感领域是公知的，因此对于理解本专利技术并不需要对这些设备的详细描述。对这些设备的描述，举例来说，可以在2000年9月/10月的J. Refractive Surg.16(5)中找到。眼睛的波前数据越来越多的用于配置屈光度外科(如PRK，LASIK，以及LASEK)的切除算法，以及用于隐形眼镜的定制成形，IOL，贴膜(onlay)以及其他视觉校正单元。这些应用的成功效果依赖于所获取的像差测量的有效性，而该像差测量的有效性依赖于像差仪的正确的初始校正，以及在像差仪用于获取诊断/治疗的波前像差测量时对其的正确校准。因此，本专利技术人认识到需要一种方法和设备，以解决这些问题以及其他与波前测量和像差检测操作的精确性和可再现性相关的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例涉及一种改进的波前传感设备。一个像差仪，不管其工作原理，需要一个光头，一个数据采集、存储和处理系统，以用于检测、测量和显示波前像差数据，并使得电子设备和软件结合起来。根据本专利技术的改进的总的特征在于位于波前传感器光径中的像差仪校正元件，以及所述校正元件的存档的校正测量，该校正测量精确表示该校正元件所需的测量参数。该校正元件优选地包括特性优良的测试光学部件或眼球模型。用于波前测量校正的该实施例的一种优选方式中，校正元件是具有已知波前像差的眼球模型，并且所需测量参数是用于波前测量校正的Zemike像差系数。在另一种涉及像差仪屈光聚焦校正的方式中，校正元件是具有已知的正的或负的屈光能力的测试光学部件，并且所需的测量参数是屈光度校正或像差仪聚焦校正。这些校正元件可以单独使用或组合起来使用。一个或多个可控的透光元件，如快门或光圈，设置在光径中以选择性的传送到达或来自所述校正元件的光束，从而可以分别获得校正和诊断/治疗测量。除所述校正元件之外，还在像差仪的视网膜照射源和病人眼睛之间设置光强或功率计，以提供安全功能而防止危险的过高(或过低不足)程度的视网膜照射。任何一个或所有的前述元件可以与交互连接的像差仪处理和控制中心协同工作，以在像差仪没有校正或使用不适合或不安全时停止该像差仪的诊断和/或治疗操作。本专利技术进一步考虑了操作相关的校正和监视方法。本专利技术的这些和其它目标通过下面的详细描述可以变得更容易明白。然而，应该理解，所述的详细描述和特定例子，尽管说明了本专利技术的优选实施例，但仅仅是作为示例而给出，因为在此处的描述和附图以及所附权利要求书的基础上，在本专利技术精神和范围内的多种改变和修改对于本领域技术人员是很明显的。附图说明图1是一般的沙克—哈特曼像差仪的光学示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的沙克—哈特曼像差仪的光学示意图；图3是根据本专利技术另一个实施例的沙克—哈特曼像差仪的光学示意图；图4(a-d)是根据本专利技术一个实施例的多种校正方式的光学路线图示；图5是根据本专利技术一个实施例的另一种校正方式的光学示意图；图6是根据本专利技术的示例眼球模型的前表面的光学干涉图的复制图；以及图7是根据本专利技术的眼球模型的例子的线条图。具体实施例方式图1显示了一般的沙克—哈特曼像差仪10的光学图。可以理解，本专利技术并不限于沙克—哈特曼像差仪，而实际上可以应用于所有像差仪和波前传感方法，并可以经受所述像差仪测量路径中的测试目标以及所存储的校正测量与所述测试光学部件的校正测量之间的对比分析的检验。此处所用的术语“屈光能力”指以屈光度(D)测量的(±)球体散焦(spherical dfocus)，由球形凹透镜或凸透镜或眼睛产生。以一般文字描述波前传感器操作，病人眼睛正确地与像差仪的测量轴对齐。眼睛的视网膜被光源照射，该光源例如为激光二极管，或者其他适当的相干或半相干光源，并且光束被像差仪中的光学系统聚焦在视网膜上。来自视网膜的反射光束通过眼睛的光学系统并射到探测器上。在沙克—哈特曼系统(这是当前用于诊断性波前测量的主要眼科设备方法)中，反射光束被微透镜阵列聚焦为探测器上的虚像。计算图像的中心并通过图像偏移信息获得波前倾斜数据。该信息被处理并通常用Zemike多项式拟合以输出像差系数测量值。然后这些系数可以用于校正透镜，切除算法，以及其他本领域技术人员公知的眼科应用的设计。参考图1，像差仪10一般地需要一个光头，一个数据采集、存储和处理系统，以用于检测、测量和显示波前像差数据，并使得电子设备和软件结合起来。所述光头优选的包括激光二极管照射源12，工作在780nm(本领域公知的其他波长也是合适的)；成像透镜14和分光器16，用于处理来自照射源12的发射和反射光束；微透镜阵列18，用于将反射自眼睛视网膜的光束成像到探测器或传感器20上；与所述传感器结合在一起的波前照相机22，以及用于观察成像点的显示监视器(未示出)；处理系统24包括P.C.和适当的软件，用于计算像差数据、对像差仪元件的指令和控制、数据传输和使用波前信息的各种计算；以及用于辅助眼睛定位的共轴调整照相机26。固定目标28通常辅助病人眼睛50的对准和测量。优选地，该固定目标由发射绿光的LED从背后照亮，因为绿光比红光提供更好的适应性。波前传感设备10包括U型导光系统(optical trombone system)30用于补偿病人眼睛引入的屈光折射(散焦)。换句话说，所述U型导光系统(或本领域公知的替换的光学聚焦系统)用于补偿通常的眼睛近视和远视，并锐化探测器上形成的图像点的聚焦，产生更精确的波前测量。感兴趣的读者可以参考国际公开WO 01/28408以获得所述U型导光系统的详细描述。以可适用的专利条款和法律所允许的程度该公开通过参考而完整结合于此。根据图2所示的本专利技术的一个实施例，改进的波前传感器10′包括定位于光学测量路径40中的波前校正测试透镜32(下面将详细描述)。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量眼睛像差的改进波前传感器设备，所述波前传感器包括光头，数据采集、存储和处理系统，并连接一体化的电子设备，从而通过反射自眼睛视网膜的光束探测、测量和显示眼睛像差信息，该改进的特征在于：与波前传感器协同工作的波前传感 器校正元件；以及精确表示所述校正元件的所需测量参数的存档的校正测量数据。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德J马蒂诺，
申请(专利权)人：博士伦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]