專利名稱：一種反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，它是眼科臨床移植人工晶體時(shí)的專用 設(shè)備，同時(shí)也是生產(chǎn)人工晶體的一種高精度設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，人工晶體已廣泛應(yīng)用于高度屈光不正和白內(nèi)障手術(shù)后的光學(xué)矯正，但大都只能矯正 人眼低階像差如離焦、像散等。研究表面，人眼光學(xué)系統(tǒng)不僅存在低階像差，還存在高階像差 如彗差、球差等，同時(shí)矯正人眼低階和高階像差可以獲得更佳的視覺質(zhì)量改善("Visual Performance after correcting the monochromatic and chromatic aberrations of the eye ，，， Geun-Young Yoon and David R.Williams, J. Opt. Soc. Am. A/Vol.19, No.2/Februaiy)。因此，單一矯正人眼 低階像差的人工晶體已不能滿足人們對(duì)人眼屈光矯正的需求，能夠矯正人眼高階像差的人工晶 體成為新的研究熱點(diǎn)和未來發(fā)展的趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)是人眼高階像差矯正人工晶體的 制作，而人工晶體檢測(cè)是制作的基礎(chǔ)。
由于人眼高階像差矯正人工晶體不僅矯正人眼低階像差，同時(shí)還要矯正人眼高階像差，單 純的光焦度檢測(cè)不能滿足對(duì)高階像差矯正人工晶體的檢測(cè)要求，需要全面客觀地測(cè)量人工晶體 各階像差(低階和高階)。目前，人眼高階像差矯正人工晶體還是一種新穎的人工晶體，配套 技術(shù)還在積極研究之中，本發(fā)明提出采用哈特曼波前探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工晶體像差測(cè)量，它不但 可以測(cè)量人工晶體低階像差，還可以測(cè)量人工晶體高階像差。
哈特曼波前傳感器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的波前傳感器，它將入射光束分割采樣并聚焦到 光電探測(cè)器上，通過數(shù)據(jù)處理獲得入射光波前相位分布。目前，哈特曼波前傳感器主要有基于 微透鏡陣列("哈特曼波前傳感器的應(yīng)用"，姜文漢,鮮浩,楊澤平等，量子電子學(xué)報(bào)，15巻2期 228-235頁(yè)，1998年)和基于微棱鏡陣列("Hartmann-Shack Wavefront Sensor Based on a Micro-Grating Array" ， Haiying Wang, Haifeng Duan, Changtao Wang， Yudong Zhang, SP正,Vol. 6018,2005)兩種形式。哈特曼波前探測(cè)技術(shù)已廣泛用于人眼像差測(cè)量、光束質(zhì)量診斷、光學(xué)元 件檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。但是，哈特曼波前傳感器應(yīng)用于人工晶體像差測(cè)量尚屬空白，本發(fā)明正是 針對(duì)這一情況提出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通用性好，可以對(duì)任意屈光度的人工晶體進(jìn)行像差測(cè)量的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，為眼科臨床人工晶體移 植以及人工晶體的加工和檢測(cè)等提供方便、快捷和可靠的檢測(cè)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，主要包括光源、光束濾 波系統(tǒng)、光束匹配系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡、孔徑分割元件、光電探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，其中孔徑分 割元件、光電探測(cè)器構(gòu)成哈特曼波前傳感器；由光源發(fā)出的光經(jīng)光束濾波系統(tǒng)濾波和準(zhǔn)直為平 行光后出射，該平行光依次經(jīng)反射鏡和分光鏡穿過待測(cè)人工晶體，透射光波到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球面反射 鏡，軸向調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，使待測(cè)人工晶體的后焦點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心重合，反射 光波沿原光路返回再次穿過待測(cè)人工晶體，依次經(jīng)分光鏡和光束匹配系統(tǒng)后，被孔徑分割元件 分割采樣并聚焦到光電探測(cè)器上形成光斑陣列，光電探測(cè)器將采集的光斑數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，經(jīng) 計(jì)算機(jī)處理得到待測(cè)人工晶體的像差。
所述的標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡可以是標(biāo)準(zhǔn)凹球面反射鏡，也可以是標(biāo)準(zhǔn)凸球面反射鏡。 所述的孔徑分割元件為微透鏡陣列，或微棱鏡陣列；當(dāng)孔徑分割元件為微透鏡陣列時(shí)，光 電探測(cè)器件位于微透鏡陣列焦面上；當(dāng)為微棱鏡陣列時(shí)，在微棱鏡陣列后面還加有傅立葉透鏡 或成像透鏡，傅立葉透鏡或成像透鏡緊靠微棱鏡陣列，光電探測(cè)器件位于傅立葉透鏡或成像透 鏡的焦面上。
所述的光束濾波系統(tǒng)由針孔和準(zhǔn)直鏡構(gòu)成，光束經(jīng)針孔濾波，由準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光出射。 所述的光電探測(cè)器既可以是成像相機(jī)，也可以是位置敏感器陣列。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本發(fā)明采用哈特曼波前傳感器測(cè)量人工晶體，探測(cè)光束兩次穿過待測(cè)人工晶體，通過 沿光軸方向前后移動(dòng)反射鏡或固定反射鏡，沿光軸方向前后移動(dòng)其余部分可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)人 工晶體屈光度進(jìn)行補(bǔ)償，將較大的離焦與其余像差分開測(cè)量，減小人工晶體像差測(cè)量對(duì)哈特曼 動(dòng)態(tài)范圍的要求，儀器通用性好，可以對(duì)任意屈光度的人工晶體進(jìn)行像差測(cè)量，為眼科臨床人 工晶體移植以及人工晶體的加工和檢測(cè)等提供方便、快捷和可靠的檢測(cè)。
(2) 本發(fā)明所采用的沿光軸方向前后移動(dòng)反射鏡或其余部分對(duì)人工晶體屈光度進(jìn)行補(bǔ)償， 補(bǔ)償量等于人工晶體光焦度大小，因此在獲得人工晶體綜合像差的同時(shí)可以獲得晶體屈光度的 大小，通用性好。
(3) 本發(fā)明通過測(cè)量哈特曼傳感器光斑的位置偏移，由復(fù)原算法重構(gòu)波前像差，相對(duì)于干 涉儀像差檢測(cè)方法，本發(fā)明對(duì)環(huán)境要求低，容易實(shí)現(xiàn)小口徑(人工晶體光學(xué)區(qū)5mm左右)復(fù)雜 高階像差檢測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明基于微透鏡哈特曼的人工晶體像差測(cè)量原理屈;圖2為本發(fā)明中基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖； 圖3為本發(fā)明基于微棱鏡哈特曼的人工晶體像差測(cè)量原理圖； 圖4為本發(fā)明中基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明中的孔徑分割元件為微透鏡陣列的人工晶體像差測(cè)量原理圖，它包 括光源l、光束濾波系統(tǒng)，光束匹配系統(tǒng)8、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡5、孔徑分割元件，即微透鏡陣列 91、光電探測(cè)器92和計(jì)算機(jī)10，其中孔徑分割元件91和光電探測(cè)器92構(gòu)成哈特曼波前傳感器， 光束濾波系統(tǒng)由針孔2和準(zhǔn)直鏡3構(gòu)成，光束匹配系統(tǒng)8由兩個(gè)不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成 的光束匹配望遠(yuǎn)鏡。由光源l發(fā)出的光，經(jīng)針孔2濾波，由準(zhǔn)直鏡3準(zhǔn)直為平行光出射，經(jīng)反 射鏡4、分光鏡7穿過待測(cè)人工晶體6，透射光波到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡5，軸向調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)球面反 射鏡5，使待測(cè)人工晶體后焦點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心重合，反射光波沿原光路返回再次穿過 待測(cè)人工晶體6，經(jīng)分光鏡7和光束匹配系統(tǒng)8后，被微透鏡陣列91分割采樣并聚焦到光電探 測(cè)器92上形成光斑陣列，光電探測(cè)器92將采集的光斑數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)10，經(jīng)計(jì)算機(jī)10處理得 到待測(cè)人工晶體的像差。
如圖2所示，基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列91和光電探測(cè)器件92 組成，其中光電探測(cè)器件92位于微透鏡陣列91焦面上。
基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器的工作原理為入射光束經(jīng)微透鏡陣列91后，在其焦 面上形成一個(gè)光斑陣列，整個(gè)光束孔徑被均勻分割。保存標(biāo)準(zhǔn)平面波入射產(chǎn)生的光斑陣列作為 標(biāo)定數(shù)據(jù)。當(dāng)具有一定像差的波前入射時(shí)，各個(gè)微透鏡上的局部波前傾斜引起微透鏡陣列焦面 上的光斑位置發(fā)生偏移。
光電探測(cè)器件92接收到的光斑信號(hào)可通過計(jì)算機(jī)10進(jìn)行處理，采用質(zhì)心算法由公式①
計(jì)算光斑的位置(X ， J,)，探測(cè)全孔徑的波面誤差信息
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中，m=l~M，n=l~N為子孔徑映射到光電探測(cè)器件92上對(duì)應(yīng)的像素區(qū)域，^""是光電探 測(cè)器件92上第(n，m)個(gè)像素接收到的信號(hào)，x ，3;分別為第(n,m)個(gè)像素的x坐標(biāo)和y 坐標(biāo)。
再根據(jù)公式②計(jì)算入射波前的波前斜率《，g :<formula>formula see original document page 6</formula>器探測(cè)波前畸變時(shí)，光斑中心偏移到(;c,，y,)，完成哈特曼波前傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。
如圖3所示，為本發(fā)明中的孔徑分割元件為微棱鏡陣列的人工晶體像差測(cè)量原理圖。它包 括光源l、光束濾波系統(tǒng)，光束匹配系統(tǒng)8、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡5、孔徑分割元件，即微棱鏡陣列 91'、傅立葉透鏡或成像透鏡93、光電探測(cè)器92和計(jì)算機(jī)10，其中孔徑分割元件91'、傅立葉 透鏡或成像透鏡93和光電探測(cè)器92構(gòu)成哈特曼波前傳感器，光束濾波系統(tǒng)由針孔2和準(zhǔn)直鏡3 構(gòu)成，光束匹配系統(tǒng)8由兩個(gè)不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成的光束匹配望遠(yuǎn)鏡。由光源1發(fā)出 的光，經(jīng)針孔2濾波，由準(zhǔn)直鏡3準(zhǔn)直為平行光出射，經(jīng)反射鏡4、分光鏡7穿過待測(cè)人工晶體 6，透射光波到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡5，軸向調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡5，使待測(cè)人工晶體后焦點(diǎn)與標(biāo) 準(zhǔn)球面反射鏡的球心重合，反射光波沿原光路返回再次穿過待測(cè)人工晶體6，經(jīng)分光鏡7和光束 匹配系統(tǒng)8后，被微棱鏡陣列91'，傅立葉透鏡或成像透鏡93后被分割采樣并聚焦到光電探測(cè) 器92上形成光斑陣列，采集光斑數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)10，經(jīng)處理得到待測(cè)人工晶體的像差。
如圖4所示，基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器主要由鋸齒形相位光柵結(jié)構(gòu)的微棱鏡陣 列91'、傅立葉透鏡93和光電探測(cè)器件92組成，其中傅立葉透鏡93緊靠微棱鏡陣列91'，光電 探測(cè)器件92位于傅立葉透鏡93的焦面上。
基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器的工作原理為入射光束經(jīng)微棱鏡陣列91，后，各個(gè)子 孔徑的光束分別產(chǎn)生了相應(yīng)的相位變化，通過緊貼其后的傅立葉透鏡或成像透鏡93成像，由位 于傅立葉透鏡或成像透鏡93焦面上的光電探測(cè)器件92探測(cè)其光強(qiáng)分布，該光強(qiáng)分布包含著二 維鋸齒形相位光柵陣列所產(chǎn)生的相位信息，每個(gè)子孔徑所產(chǎn)生的相位變化不同，因而在傅立葉 透鏡或成像透鏡93焦面上形成一個(gè)光斑陣列，整個(gè)光束孔徑被均勻分割。標(biāo)準(zhǔn)平面波入射產(chǎn)生 的光斑陣列將被保存起來作為標(biāo)定數(shù)據(jù)。當(dāng)具有一定像差的波前入射時(shí)，各個(gè)局部?jī)A斜平面波 對(duì)其子孔徑內(nèi)二維鋸齒形相位光柵產(chǎn)生新的附加相位，該相位變化將反映到傅立葉透鏡或成像 透鏡93焦面的光斑位置偏移上。
光電探測(cè)器件92接收到的光斑信號(hào)可通過計(jì)算機(jī)10進(jìn)行處理,處理方式與前面所述的基
于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器相同。采用質(zhì)心算法由公式①計(jì)算光斑的位置(工，少P， 探測(cè)全孔徑的波面誤差信息-<formula>formula see original document page 7</formula>式中，m=l~M，n=l~N為子孔徑映射到光電探測(cè)器件92上對(duì)應(yīng)的像素區(qū)域，厶m是光電探
測(cè)器件92上第(n，m)個(gè)像素接收到的信號(hào)，l"X"分別為第(n,m)個(gè)像素的x坐標(biāo)和y 坐標(biāo)。
再根據(jù)公式②計(jì)算入射波前的波前斜率g"'g":
<formula>formula see original document page 7</formula> ②
式巾，(x。,;;。)力才示《￥皿&木示^(%#€{專*#1^肖^]力珍王巾心^ @胃；(^ft員肖ii 器探測(cè)波前畸變時(shí)，光斑中心偏移到(;c,，;^)，完成哈特曼波前傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。
權(quán)利要求
1、反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于主要包括光源、光束濾波系統(tǒng)、光束匹配系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡、孔徑分割元件、光電探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，其中孔徑分割元件、光電探測(cè)器構(gòu)成哈特曼波前傳感器；由光源發(fā)出的光經(jīng)光束濾波系統(tǒng)濾波和準(zhǔn)直為平行光后出射，該平行光依次經(jīng)反射鏡和分光鏡穿過待測(cè)人工晶體，透射光波到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，軸向調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，使待測(cè)人工晶體的后焦點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心重合，反射光波沿原光路返回再次穿過待測(cè)人工晶體，依次經(jīng)分光鏡和光束匹配系統(tǒng)后，被孔徑分割元件分割采樣并聚焦到光電探測(cè)器上形成光斑陣列，光電探測(cè)器將采集的光斑數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到待測(cè)人工晶體的像差。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)球 面反射鏡為標(biāo)準(zhǔn)凹球面反射鏡，或標(biāo)準(zhǔn)凸球面反射鏡。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的孔徑分 割元件為微透鏡陣列，或微棱鏡陣列；當(dāng)孔徑分割元件為微透鏡陣列時(shí)，光電探測(cè)器件位于微 透鏡陣列焦面上；當(dāng)為微棱鏡陣列時(shí)，在微棱鏡陣列后面還加有傅立葉透鏡或成像透鏡，傅立 葉透鏡或成像透鏡緊靠微棱鏡陣列，光電探測(cè)器件位于傅立葉透鏡或成像透鏡的焦面上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的光電探 測(cè)器為成像相機(jī)，或位置敏感器陣列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的光束濾 波系統(tǒng)由針孔和準(zhǔn)直鏡構(gòu)成，光束經(jīng)針孔濾波，由準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光出射。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的光束匹 配系統(tǒng)由兩個(gè)不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成的光束匹配望遠(yuǎn)鏡。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的光源是 激光器、或半導(dǎo)體激光器、或超輻射半導(dǎo)體器件。
全文摘要
反射式人工晶體像差哈特曼測(cè)量?jī)x主要包括光源、光束匹配系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡、孔徑分割元件、光電探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，其中孔徑分割元件、光電探測(cè)器構(gòu)成哈特曼波前傳感器；由光源發(fā)出的光被準(zhǔn)直為平行光出射，該平行光依次經(jīng)反射鏡和分光鏡穿過待測(cè)人工晶體，透射光波到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，軸向調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，使待測(cè)人工晶體的后焦點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心重合，反射光波沿原光路返回再次穿過待測(cè)人工晶體，依次經(jīng)分光鏡和光束匹配系統(tǒng)后，被孔徑分割元件分割采樣并聚焦到光電探測(cè)器上形成光斑陣列，采集的光斑數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理得到待測(cè)人工晶體的像差。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，為眼科臨床人工晶體移植以及個(gè)性化人眼像差矯正人工晶體的加工和檢測(cè)提供方便、快捷和可靠的檢測(cè)工具。
文檔編號(hào)A61F2/76GK101278867SQ20071030451
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者萬修華, 張雨東, 云 戴, 瑛 熊, 王寧利, 王海英, 饒學(xué)軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所;首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院