在并行采样和锁定检测模式中操作的眼科波前传感器制造技术

本发明专利技术的一个实施例是一种与眼科显微镜一起使用以提供眼睛屈光状态的持续测量的眼科波前传感器。波前传感器通过将光源的脉动与用于检测经采样的子波前的质心位置的多个位置感测设备/检测器同步来以并行采样和锁定模式操作。其它实施例包括对波前的所选择部分进行采样的光束扫描仪和实时图像传感器以及跟踪偏转器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2012年4月30日提交的题为“工作在并行采样和锁定检测模式下的眼科波前传感器(Ophthalmic Wavefront Sensor Operating in Parallel Sampling and Lock-In Detection Mode)”的美国专利申请13/459,914的优先权，2012年4月30提交的申请13/459,914是2011年8月4日提交的题为“一种大屈光度范围的实时波前传感器(A Large Diopter Range Real Time Wavefront Sensor)”的美国专利申请13/198,442的部分继续申请，2011年8月4日提交的申请13/198,442是2010年5月28日提交的题为“利用编程控制的自适应顺序波前传感器(Adaptive Sequential Wavefront Sensor With Programmed Control)”的S/N 12/790,301的部分继续申请，2010年5月28日提交的S/N 12/790,301是2007年6月12日提交的题为“自适应顺序波前传感器(Adaptive Sequential Wavefront Sensor)”的S/N 11/761,890、现在是2010年10月19日授权的美国专利No.7,815,310的申请的分案，2007年6月12日提交的S/N 11/761,890是2006年1月20日提交的题为“顺序波前传感器(Sequential Wavefront Sensor)”的S/N 11/335,980、现在是2008年11月4日授权的美国专利No.7,445,335的部分继续申请并且申请S/N 11/335,980同样是2011年6月6日提交的题为“紧凑的波前传感器模块及其与眼科仪器的附连或集成(A Compact Wavefront Sensor Module and Its Attachment to or Integration with an Ophthalmic Instrument)”的S/N 13/154,293的部分继续申请。专利
本专利技术的一个或多个实施例一般涉及用于确定眼睛的屈光状态和波前像差的波前传感器。具体地，本专利技术是用于确定眼科手术期间眼睛的屈光状态和波前像差的装置。专利技术背景波前传感器是用于测量光的波前的形状的设备(参见，例如，US4141652和US5164578)。在大多数情况下，波前传感器测量波前与参考波前或理想波前(诸如平面波前)的偏离。波前传感器可被用来测量各种光学成像系统(诸如人眼)的低阶和高阶像差两者(参见例如：US6595642、J.Liang等人(1994)“Objective measurement of the wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann–Shack wave-front sensor(利用Hartmann–Shack波前传感器对人眼的波像差的客观测量)”，J.Opt.Soc.Am.A 11,1949–1957、T.Dave(2004)“Wavefront aberrometry Part 1:Current theories and concepts(波前像差测量部分1：当前理论和概念)”Optometry Today,2004年11月19日,第41-45页)。此外，波前传感器还可被用在其中可使用例如光学波前补偿设备(诸如变形镜)来实时测量和补偿失真的波前的自适应光学中(参见例如美国http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser？Sect1＝PTO1&Sect2＝HITOFF&d＝PA LL&p＝1&u＝％2Fnetahtml％2FPTO％2Fsrchnum.htm&r＝1&f＝G&l＝50&s1＝68 90076.PN.&OS＝PN/6890076&RS＝PN/6890076-h0#h0 http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser？Sect1＝PTO1&Sect2＝HITOFF&d＝PALL&p＝1&u＝％2Fnetahtml％2FPTO％2Fsrchnum.htm&r＝1&f＝G&l＝50&s1＝6890076.PN.&OS＝PN/6890076&RS＝PN/6890076-h2#h26890076、US6910770和US6964480)。作为这样的补偿的结果，可获得清晰的图像(参见例如US5777719)。术语“有晶状体眼睛”指的是包含其自然晶状体的眼睛，术语“无晶状体眼睛”指的是移除了其自然晶状体的眼睛并且术语“伪晶状体眼睛”指的是植入了人工晶状体的眼睛。当前，对于有晶状体或伪晶状体眼睛，大多数用于测量人眼的像差的波前传感器被设计成仅覆盖约-20D到+20D的有限的屈光度范围。此外，它们还被设计成在测量眼睛波前时工作在相对暗的环境中。在影响屈光的眼科手术期间，需要知道当手术正在进行时眼睛的屈光状态以使得连续的反馈可被提供至外科医生(参见例如：US6793654、US7883505和US7988291)。在其中眼睛的自然晶状体被合成晶状体替代的白内障手术中尤其存在这种情况。在这种情况下，外科医生偏向于知道在有晶状体、无晶状体以及伪晶状体阶段中的眼睛的屈光状态以选择合成晶状体，以确认在自然晶状体被移除之后，合成晶状体的屈光力是否正确，并且还确认在合成晶状体被植入之后的正视或其它预期的屈光度值。因此，需要波前传感器覆盖较大的屈光度测量范围并且还允许外科医生不仅在有晶状体和伪晶状体状态而且在无晶状体状态下，以规定的精确度测量眼睛的屈光状态。同样在眼科手术期间，由于利用来自外科显微镜的非偏振的宽带(白)光照明眼睛，因而外科医生可通过显微镜看见患者眼睛。此照明光还被引导到患者的眼睛中，从视网膜散射并返回至外科显微镜。耦合至外科显微镜的波前传感器接收其预期的返回的波前测量光和来自外科显微镜的宽带照明两者。显微镜照明光源一般未被设计成在视网膜处产生生成揭示患者的屈光状态的波前所需的足够小的有效光源。由于此，由波前传感器所接收的来自外科显微镜的任何照明光可导致关于患者的屈光状态的不正确信息。因此，还需要不受来自外科显微镜的照明光的影响的眼科波前传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种眼科波前传感器，包括：光源，配置成接收以参考频率振荡/脉动的参考信号并生成由所述参考频率下的光脉冲形成的光束；光束引导元件，配置成将来自所述光源的光束发射至患者眼睛中，并且其中，从患者眼睛返回的光束的一部分形成以所述参考频率下的光脉冲为形式的物波前；光学波前中继系统，配置成沿着光束路径将来自位于患者眼睛的前部的物平面的物波前中继至波前像平面，所述光束路径可将在所述物平面处具有大屈光度范围的入射的波前中继光束引导至所述波前像平面；高频响应位置感测设备阵列，其中每一个位置感测设备被配置成检测图像斑点质心相对于参考位置的偏转量并输出指示所述偏转量的测量信号；子波前采样元件阵列，被设置在所述高频响应位置感测设备阵列之前并且基本上位于所述波前像平面处，所述子波前采样元件阵列中的每一个采样元件被配置成对经中继的波前的子波前进行采样并将经采样的子波前聚焦到所述高频响应位置感测设备阵列中的相应的高频响应位置感测设备上，其中所述子波前采样元件以这样的方式彼此物理地间隔开从而使得高屈光度范围物波前的每一个经采样的子波前仅被聚焦在对应于所述子波前采样元件的相应的高频响应位置感测设备上；以及电子频率敏感检测系统，耦合成接收所述参考信号和所述测量信号，其中所述电子频率敏感检测系统被配置成仅指示约所述参考频率下的测量信号的频率分量的大小以使得在不同于所述参考频率的频率下的所有噪声信号诸如1/f噪声可被大幅度抑制。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.30 US 13/459,9141.一种眼科波前传感器，包括：
光源，配置成接收以参考频率振荡/脉动的参考信号并生成由所述参考频
率下的光脉冲形成的光束；
光束引导元件，配置成将来自所述光源的光束发射至患者眼睛中，并且其
中，从患者眼睛返回的光束的一部分形成以所述参考频率下的光脉冲为形式的
物波前；
光学波前中继系统，配置成沿着光束路径将来自位于患者眼睛的前部的物
平面的物波前中继至波前像平面，所述光束路径可将在所述物平面处具有大屈
光度范围的入射的波前中继光束引导至所述波前像平面；
高频响应位置感测设备阵列，其中每一个位置感测设备被配置成检测图像
斑点质心相对于参考位置的偏转量并输出指示所述偏转量的测量信号；
子波前采样元件阵列，被设置在所述高频响应位置感测设备阵列之前并且
基本上位于所述波前像平面处，所述子波前采样元件阵列中的每一个采样元件
被配置成对经中继的波前的子波前进行采样并将经采样的子波前聚焦到所述
高频响应位置感测设备阵列中的相应的高频响应位置感测设备上，其中所述子
波前采样元件以这样的方式彼此物理地间隔开从而使得高屈光度范围物波前
的每一个经采样的子波前仅被聚焦在对应于所述子波前采样元件的相应的高
频响应位置感测设备上；以及
电子频率敏感检测系统，耦合成接收所述参考信号和所述测量信号，其中
所述电子频率敏感检测系统被配置成仅指示约所述参考频率下的测量信号的
频率分量的大小以使得在不同于所述参考频率的频率下的所有噪声信号诸如
1/f噪声可被大幅度抑制。
2.如权利要求1所述的眼科波前传感器，其特征在于，所述光学波前中继
系统包括第一和第二透镜，每一透镜具有直径、焦距以及光轴，其中所述光学
波前中继系统被配置成沿着所述光束路径将位于所述患者眼睛的前部处的所
述物平面的物波前中继至位于所述第一和第二透镜之间的傅里叶变换平面并
中继至所述波前像平面，其中选择所述第一和第二透镜的焦距和直径以将在所

\t述物平面处具有大屈光度范围的所述入射的波前中继光束引导至所述波前像
平面。
3.如权利要求1所述的眼科波前传感器，其特征在于，所述光源的所述参
考频率是在1/f噪声频率范围之上。
4.如权利要求2所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括被设置在位
于所述第一和第二透镜之间的所述傅里叶变换平面处并被配置成相对于所述
子波前采样元件阵列移动所述经中继的波前的第一光束扫描仪。
5.如权利要求4所述的波前传感器，其特征在于，所述第一光束扫描仪被
配置成跟踪所述眼睛从而使得即使当所述眼睛移动时仅来自所述眼睛的波前
的期望的部分一直被采样。
6.如权利要求1所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括配置成提供
实时眼睛前房图像的眼睛图像传感器以及配置成为眼睛成像提供光路的第二
引导元件。
7.如权利要求6所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括显示器，配
置成显示叠加有所述波前测量的定性的和/或定量的结果的实时眼睛前房图像。
8.如权利要求4所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括第二光
束扫描仪，配置成通过引导所述光束以用于生成所述物波前以跟随所述眼睛来
跟踪所述眼睛。
9.如权利要求8所述的波前传感器，其特征在于，所述第二光束扫
描仪被设置在所述光学波前中继系统的所述第一透镜的后焦面处。
10.如权利要求1所述的眼科波前传感器，其特征在于，进一步包括：
设置在所述子波前采样元件阵列和所述位置感测设备阵列之间的透镜，配
置成将图像斑点平面处由所述子波前采样元件阵列所形成的图像斑点之间的
间距中继并光学放大至所述位置感测设备阵列被设置在的平面。
11.一种眼科波前传感器，包括：
光源，配置成接收以参考频率振荡/脉动的参考信号并生成由所述参考频
率下的光脉冲形成的光束；
光束引导元件，配置成将来自所述光源的所述光束发射至患者眼睛中并且
其中从所述患者眼睛返回的所述光束的一部分形成以所述参考频率下的光脉
冲为形式的物波前；
第一光学波前中继系统，配置成沿着第一光束路径将来自位于患者眼睛的
前部的第一物平面的物波前中继至第一波前像平面，所述第一光束路径可将在
所述物平面处具有大屈光度范围的入射的波前中继光束引导至所述第一波前
像平面；
具有基本上位于所述第一波前像平面处的第二物平面的第二光学波前中
继系统，配置成进一步沿着第二光束路径将来自所述第二物平面的所述物波前
中继至第二波前像平面，所述第二光束路径可将在所述第一物平面处具有大屈
光度范围的所述入射的波前中继光束引导至所述第二波前像平面；
高频响应位置感测设备阵列，其中每一个位置感测设备被配置成检测图像
斑点质心相对于参考位置的偏转量并输出指示所述偏转量的测量信号；
子波前采样元件阵列，设置在所述高频响应位置感测设备阵列之前并且基
本上位于所述第二波前像平面处，其中所述子波前采样元件阵列中的每一采样
元件被配置成采样经中继的波前的子波前并将经采样的子波前聚焦到所述高
频响应位置感测设备阵列中的相应的高频响应位置感测设备上，其中所述子波
前采样元件以这样的方式彼此物理地间隔开从而使得高屈光度范围物波前的
每一经采样的子波前仅被聚焦在对应于所述子波前采样元件的相应的高频响
应位置感测设备上；以及
电子频率敏感检测系统，耦合成接收所述参考信号和所述测量信号，其中
所述电子频率敏感检测系统被配置成仅指示约所述参考频率下的所述测量信
号的频率分量的大小以使得在不同于所述参考频率的频率下的所有噪声信号
诸如1/f噪声可被大幅度抑制。
12.如权利要求11所述的眼科波前传感器，其特征在于，所述第一光
学波前中继系统包括第一和第二透镜，每一透镜具有直径、焦距以及光轴，其
中选择所述第一和第二透镜的所述焦距和直径以将在所述第一物平面处具有
大屈光度范围的波前中继光束引导至所述第一波前像平面；以及
所述第二光学波前中继系统包括第三和第四透镜，每一透镜具有直径、焦
距以及光轴，其中选择所述第三和第四透镜的所述焦距和直径以进一步将在所
述第一物平面处具有大屈光度范围的所述入射的波前中继光束引导至所述第
二波前像平面。
13.如权利要求12所述的眼科波前传感器，其特征在于，所述第三透
镜被配置成将所述物波前引导至位于所述第三和第四透镜之间的傅里叶变换
平面。
14.如权利要求11所述的眼科波前传感器，其特征在于，所述光源的
所述参考频率是在1/f噪声频率范围之上。
15.如权利要求11所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括被设
置在所述第一波前像平面处的波前补偿器，配置成部分地或完全补偿一个或多
个波前像差分量以使得剩余的波前像差分量可被更精确地测量。
16.如权利要求13所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括被设
置在所述第三和第四透镜之间的所述傅里叶变换平面处并被配置成相对于所
述子波前采样元件阵列移动所述经中继的波前的第一光束扫描仪。
17.如权利要求16所述的波前传感器，其特征在于，所述第一光束扫
描仪被配置成跟踪所述眼睛从而使得即使当所述眼睛移动时仅来自所述眼睛
的波前的期望的部分一直被采样。
18.如权利要求11所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括配置
成提供实时眼睛前房图像的眼睛图像传感器以及配置成为眼睛成像提供光路
的第二光束引导元件。
19.如权利要求18所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括显示
器，配置成显示叠加有所述波前测量的定性的和/或定量的结果的所述实时眼睛
前房图像。
20.如权利要求11所述的波前传感器，其特征在于，进一步包括第二
光束扫描仪，配置成通过引导所述光束以用于生成所述物波前以跟随所述眼睛
来跟踪所述眼睛。
21.如权利要求11所述的眼科波前传感器，其特征在于，进一步包括：
设置在所述子波前采样元件阵列和所述位置感测设备阵列之间的透镜，配
置成将图像斑点平面处由所述子波前采样元件阵列所形成的图像斑点之间的
间距中继并光学放大至所述位置感测设备阵列被设置在的平面。
22.一种被适配成耦合至眼科显微镜的眼科波前传感器，包括：
光源，配置成接收以参考频率振荡/脉动的参考信号并生成由所述参考频
率下的光脉冲形成的光束；
第一光束引导元件，配置成将来自所述光源的所述光束发射至患者眼睛中
并且其中从所述患者眼睛返回的所述光束的一部分形成以所述参考频率下的
光脉冲为形式的物波前；
成像传感器，配置成提供实时眼睛前房图像；
第二光束引导元件，配置成为眼睛成像提供光路；
光学波前中继系统，配置成沿着光束路径将来自位于患者眼睛的前部的物
平面的物波前中继至波前像平面，所述光束路径可将在所述物平面处具有大屈
光度范围的入射的波前中继光束引导至所述波前像平面；
高频响应位置感测设备阵列，其中每一位置感测设备被配置成检测图像斑
点质心相对于参考位置的偏转量并输出指示所述偏转量的测量信号；
子波前采样元件阵列，设置在所述高频响应位置感测设备阵列之前并且基
本上位于所述波前像平面处，其中所述子波前采样元件阵列中的每一采样元件
被配置成采样经中继的波前的子波前并将经采样的子波前聚焦到所述高频响
应位置感测设备阵列中的相应的高频响应位置感测设备上，其中所述子波前采
样元件以这样的方式彼此物理地间隔开从而使得高屈光度范围物波前的每一
经采样的子波前仅被聚焦在对应于所述子波前采样元件的相应的高频响应位
置感测设备上；以及
电子频率敏感检测系统，耦合成接收所述参考信号和所述测量信号并耦合
至图像传感器，其中所述电子频率敏感检测系统被配置成仅指示约所述参考频
率下的所述测量信号的频率分量的大小以使得在不同于所述参考频率的频率
下的所有噪声信号诸如1/f噪声可被大幅度抑制。
23.如权利要求22所述的眼科波前传感器，其特征在于，所述光学波
前中继系统包括第一和第二透镜，每一透镜具有直径、焦距以及光轴，其中所

\t述光学波前中继系统被配置成沿着所述光束路径将位于所述患者眼睛的前部
处的所述物平面的物波前中继至位于所述第一和第二透镜之间的傅里叶变换
平面并中继至所述波前像平面，其中选择所述第一和第二透镜的所述焦距和直
径以将在所述物平面处具有大屈光度范围的所述入射的波前中继光束引导至
所述波前像平面。
24.如权利要求22所述的眼科波前传感器，其特征在于，进一步包括
第一光束扫描仪，配置成通过引导所述光束以用于生成所述物波前以跟随所述
眼睛来跟踪所述眼睛。
25.如权利要求23所述的眼科波前传感器，其特征在于，进一步包括
被设置在所述第一和第二透镜之间的所述傅里叶变换平面处并被配置成相对
于所述子波前采样元件阵列移动所述经中继的波前的第二光束扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·周，W·谢伊，P·贝克，
申请(专利权)人：透明医疗体系公司，
类型：发明
国别省市：美国;US