【技术实现步骤摘要】
本专利技术总地涉及光学装置特性的制造后(post-manufacture)变化，并更具体的说，涉及光可调节透镜(light adjustable lens)的照射。
技术介绍
白内障外科手术程序包括在晶状体囊前部内做切口，以除去白内障的晶状体，并将人工晶状体(intraocular lens)(IOL)植入该位置处。通常，存在两种人工晶状体。一种类型更换眼睛的天然晶状体，通常更换白内障的晶状体。另一种类型用于现存晶状体的补充，并作用为永久矫正透镜。这种类型的透镜(称为phakic IOL)植入前房或后房内，以矫正眼睛的屈光不正。在原理上，屈光正常(即，源于无限远的光聚焦在视网膜上)所需的每种IOL的屈光力(power)可以精确计算。植入透镜的屈光力是基于手术前的眼睛长度和角膜球面变曲率来选取的，以使得病人能够在没有附加矫正措施(例如眼镜或隐形眼镜)的情况下看见。不幸的是，由于测量中的误差和/或可变的透镜定位和伤口愈合，进行这种手术的病人中的大约一半在术后在不矫正的情况下不能享受最佳视力(Brandser等人Acta Opthalmol Scand75162-1...
【技术保护点】
用照射修正光可调节透镜的屈光力的系统，所述系统包括：诊断单元，其包括适于测量包含透镜的光学系统中的至少一个光学像差并因之确定校正的波阵面传感器；照射源；照射控制单元，其适于控制照射源以便使照射以对应于像差校正的图案入 射到透镜上，其中所述照射控制单元也适于控制入射的照射功率和强度以校正像差。
【技术特征摘要】
US 2000-9-26 60/235,457;US 2000-9-26 60/235,454;US的主题。本领域技术人员应理解到所公开的概念和具体实施例可以轻易用作修正或设计其他用于实现本发明相同目的的结构，本领域技术人员也应认识到这种等价结构并不背离如所附权利要求书中描述的本发明的精髓和范围。在参照附图考虑时，被认为是本发明的特性的新颖特征，不论是其结构还是其操纵方法，与其他的目的和优点一同将会从下面描述中得以更好理解。然而，应清楚地理解到每一附图是为了图示说明和描述的目的而提供，并不意在作为本发明界限的定义。附图说明图1是本发明透镜的示意图，该透镜在中心处被照射，随后整个透镜被照射，从而锁定成修整的屈光力；图2是不带内部对准元件的照射系统的一个示例的示意图；图3是为外科显微镜构型的照射系统的一个示例的示意图；图4是为狭缝灯构型的照射系统的一个示例的示意图；图5是用于通过掩膜在光可调节透镜上成像的光学结构的一个示例的示意图；图6是Shack-Hartmann波阵面传感器的实施方案的示意图；图7a和7b分别是Shack-Hartmann波阵面传感器的侧视图和俯视图；图8示出UV发光二极管的光谱输出；以及图9a和9b示出UV发光二极管的机械描述和照射模式；图10a和10b是用于矫正光可调节透镜的屈光力的照射分布曲线的示例；图11是可用在本发明中的垂直腔表面发射激光器的示意图；图12是可用在本发明中的角度透镜；图13是可用在本发明中的诺模图，其具有“礼帽(top hat)”形强度分布曲线；图14是用在本发明中的另一诺模图；以及图15是用在本发明中的另一诺模图，其具有“礼帽”形强度分布曲线。具体实施方式通常，光可调节透镜包括第一聚合物基质和分散在其中的折射调制组合物。第一聚合物基质形成光学元件框架，并一般是造成其多种材料特性的原因。折射调制组合物可以是单个化合物或多种化合物的组合，其能够刺激诱发聚合，优选地是光聚合。如在此所用的，术语“聚合”指一种反应，其中折射调制组合物的各组分中的至少一种起反应而形成与类似组分或不同组分发生共价或物理键合中至少一种。第一聚合物基质和折射调制组合物的特性(identity)取决于光学元件的最终用途。然而，作为普通规则，第一聚合物基质和折射调制组合物选择成使得构成折射调制组合物的组分能够在第一聚合物基质内扩散。换句话说，松散的第一聚合物基质趋于与较大的折射调制组合物组分配对，而紧密的第一聚合物基质趋于与较小的折射调制组合物组分配对。 在曝光于适当的能源(例如热或光)时，折射调制组合物一般在光学元件的曝光区域内形成第二聚合物基质。第二聚合物基质的存在改变了光学元件这个部分的材料特性，从而调制其折射能力。在曝光之后，未曝光区域内的折射调制组合物经过一定时间后迁移到曝光的区域中，导致膨胀反应或变形。折射调制组合物迁移到曝光区域中的量与时间有关并可以精确控制。如果容许足够长时间，折射调制组合物将再次均衡，并再次遍布光学元件(即，包括曝光区域的第一聚合物基质)中。当该区域再次暴露于能量源时，已经迁移到该区域(可能少于如果允许折射调制组合物再次均衡的情况)内的折射调制组合物聚合，而进一步增多第二聚合物基质的形成。这个过程(曝光，随后以适当的时间间隔以允许扩散)可以重复，直到光学元件的曝光区域达到期望的特性(例如，屈光力、折射率或形状)为止。此时，整个光学元件暴露于能量源，以便通过聚合剩余的折射调制组合物来“锁定”成所需的透镜特性，其中剩余的组合物是在该组合物迁移到曝光区域之前处于曝光区域之外的组合物。换句话说，由于可自由扩散的折射调制组合物组分不再存在，随后将光学元件暴露于能量源不能够进一步改变其屈光力。上面的取自国际申请PCT/US99/41650的图1示出折射调制(由此透镜屈光力调制)，随后锁定。 示例性实施例的照射系统包括若干主要部分1)照射源；2)射束强度成形器；3)射束传导系统；4)对准方法；5)标定元件；6)诊断元件；以及7)锁定元件。下面将详细描述每一个。 照射源照射源必须与被照射材料的感光性兼容。在这个示例中，光聚合物/光引发剂系统对波长在325nm和380nm之间的UV照射敏感，因此照射源是UV源。UV源可以是激光器、发光二极管、或各种具有UV光谱的灯。照射源可以是连续波的(CW)或脉冲的。在这个示例中照射源是CW水银弧光灯，其配备有干涉滤光片，以产生以365nm±10nm为中心的光束(全宽全极值(FWFM))。其他适用于本系统的方法在“用于照射可修正的可植入透镜的方法”的标题下进行更全面描述。 射束强度成形器射束强度成形器的特性取决于所用照射的类型，如电子束、微波、射频、声、或光。由于照射源是弧光灯，因此在这个示例中将使用光学透镜和变迹滤光片。本方法可以提供可定制图案的照射，从而在光可调节透镜中产生定制的折射变化。变迹的(Apodized)图案可以利用若干方法产生，并采取不同形式。例如，所需的透射图案可以是在照相软片上成像的或利用图案生成机器光化学蚀刻到衬底上的静态掩膜图案，或者利用化学气相淀积(CVD)施加到适当衬底上的铬。这种类型的静态图案或是连续的或是阶(half tone)结构。另外，所需的图案可以是动态的，如通过适当的空间光调制器(SLM；例如液晶显示器(LCD)或数字反射镜器件(DMD))产生的那种、旋转或平移的图案；或任何其他方法，以动态改变曝光照射的强度分布曲线或积分时间。一些激光器本身是经变迹的，并可以不需进一步强度调制，来校正光可调节透镜的屈光力或象散。如在一个实施例中描述的，使用照相软片掩膜。照相软片放置在两个载玻片之间，以在UV投影系统中产生与传统幻灯机类似的3-D强度分布曲线。主要部件是UV光源、聚光光学器件、象场透镜、变迹滤光片、以及投影光学器件。用来产生照射分布曲线的方法在“用于产生辐射强度分布曲线的方法”标题下进行更全面描述。 用于产生空间上限定的、可变的强度图案的另一种潜在照射源是UV垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。与使用静态掩膜或动态光调制器(例如LCD或DMD)相反，VCSEL阵列只需要激光器阵列、透镜矩阵、和投影光学器件。从而，优点为成本低和简单。受控的VCSEL激光器2-D阵列取代掩膜或SLM，以及光源及其相关的聚光光学器件，以便照射光可调节透镜或薄膜。使用UV垂直腔表面发射激光器(VCSEL)构成本发明的一个实施方案，并且在UV-VCSEL图案发生器标题下进行更全面描述。 射束传导系统射束传导系统取决于所传导的射束类型。在这个示例中，UV束被传导，从而使用UV可透射的光学器件。图2、3和5所示的示例通常称为临界照明系统。在这些示例中，聚光透镜将积分器(例如光导)的输出在变迹滤光片上成像。干涉滤光片放置在光学系统中，以将光过滤成所需波长。场透镜用于重定向光学系统的主光束，以使自积分器的光损失最小。物镜将变迹滤光片(强度图案)成像到光可调节透镜上。另一种形式的照明被称为Kohler照明，在此照射源(光导的输出孔)成像到物镜，且不存在场透镜。可以使用任一种类型的照明结构。在投影系统的另一实施方案中，可以从光学配置中去除聚光透镜，并将适当的散射元件(例如全息散射元件)放置到变迹滤光片附近，以提供入射到掩膜上的均匀场(例如平顶的射束强度分布曲线)。然后，投影光学器件将变迹滤光片成像到光可调节透镜上，如利用上述投影系统时那样。 对准方法没有内部对准元件的照射系统的示例在图2中示为用在兔子10的眼睛上。从弧光灯12输出的光通过球形反射镜16发射到积分器(在这种情况下，为中空液体填充波导形式的光纤14)。积分器的输出产生均匀的场(即，平顶的强度分布曲线)。光导的平顶输出聚焦到管18中包含的光掩膜发生器上，以产生所需的照射图案。在这个图示中，兔子的头部固定到具有支架22的平台20上。光学器件镜筒18借助于微调夹具26连接到支臂24上，支臂24从支架22伸出，并通过粗调夹具28固定到支架22上。所需的照明/掩膜图案取决于光可调节透镜中所需的折射变化以及材料与照射的相互作用。这个关系将是我们称为诺模图的数学描述。 对准方法包括照射图案在光可调节透镜上的精确设置。在这种情况下，光可调节透镜为植入眼镜中的人造晶状体。人类病人或其他对象的两个最合适的姿态是躺在桌子上(如图3中躺着的兔子10所示)，和坐在椅子上(如图4中病人30所示)。参照图3，通过光掩膜发生器管18引导的来自光源光纤14的UV光由反射镜32转向到分束器34，并从分束器到达兔子的眼睛。分束器34使得可以对兔子所植入的光可调节透镜进行观察，并可以通过与分束器34垂直对齐的外科显微镜36进行手术。 参照图4，如果病人坐在椅子上，他或她的头放置在头靠38上，该头靠38支撑下巴和前额。通过光掩膜发生器管18导引的来自光源光纤14的UV光由分束器40转向，并从该处到达病人的眼睛。分束器40与眼科狭缝灯42一同工作，后者具有其自身的观察用光学器件(未示出)，并可以使照射源与病人对准。 狭缝灯可以为多种结构中的任一种，包括手持式、便携式和桌面安装式。在一定程度上所有都可应用。如果病人躺在桌子上，与图3中外科显微镜36类似的结构是适当的配置。 一旦头部稳定固定，与照射源的光轴共同对准并等焦面的视频摄像机或可视显微镜用来将投影的掩膜/强度图案与光可调节透镜对准。自角膜或光可调节透镜反射出(reflect off)的内部或外部光源可以用作角对准辅助措施，以将照射源与光可调节透镜对准。反射可以是用视频摄像机、可视显微镜、或其他传感器可检测到的。 为了补偿病人眼睛在照射治疗过程中的任何移动，提供了700～800nm范围内的激光点光源形式的固定光，以供病人注视。这将确保治疗之前的象差或传导到光可调节透镜上的光量(dose)沿着病人的视轴或视线轴(LOS)。 标定元件标定元件是监测照射光束的功率和/或强度分布曲线的传感器。分束器用于提供测量光束的样本。对于简单的象差，诸如屈光力或象散，可以用给定的掩膜/图案发生器来固定强度分布曲线，而不需要测量总的功率或曝光时间。为了定制强度分布曲线，需要监控投射的强度分布曲线或曝光时间。对于UV照射，UV CCD摄像机可以用来监控强度。 图2到4中管18内的用来将掩膜成像到光可调节透镜上的光学器件的示例是图5的照明光学结构。来自光源46，例如液体填充的光学波导的UV光44通过硅石光学器件引导，后者由PLCX-25.4-38.6-UV透镜48构成，而该透镜48与PLCX-25.4-30.9-UV透镜50分隔开1mm，而PLCX-25.4-30.9-UV透镜50在这个示例中与组合PLCX-25.4-46.4-UV透镜组52间隔开215mm。UV光44穿过掩膜54，然后在可变空间56之后穿过光路gradiumCPX-25-60透镜58，越过可变空间62而到达光可调节透镜60。 诊断元件在此描述的诊断元件用于测量照射之前、过程中和/或之后的光可调节透镜的象差。很多器械都可以用来测量眼睛中的象差。用于确定病人眼镜处方的同样器械可以用来测量光可调节透镜中的屈光力或象散偏差。存在多种用来测量眼睛的屈光力或象散以及高阶象差的器械。现在使用的三种最普通的波阵面传感器是以Schemer盘，Shack Hartmann波阵面传感器、和Talbot干涉仪为基础的。下面在“波阵面传感器在能够制造后修正屈光力的透镜中的应用”的标题下将更全面讨论波阵面传感器在光可调节透镜中的应用。诊断元件可以为孤立的器械，或者它可以内置于照射系统中。在诊断元件内置于照明系统中的情况下，诊断可以在照射期间更容易地进行。 在具体实施过程中a)Shack Hartmann波阵面传感器用于测量眼睛中的象差；b)然后参考光可调节透镜对照射响应的诺模图来确定矫正所测量到的象差所需的强度分布曲线；c)所需的强度分布曲线反映到可编程掩膜发生器(诸如数字反射镜装置)上；d)标定摄像机用于闭环操作中，来校正数字反射镜装置，以便补偿投射光学器件中的象差或光源内的不均匀性；c)光可调节透镜被照射规定的时间段；以及f)在规定的时间后，再次测量眼睛中的象差，以确保进行了正确的矫正。如果需要的话，重复该过程，直到矫正处于可接受的屈光界限内。 利用Shack-Hartmann波阵面传感器的示例性实施例在图6中示意性示出。对于波阵面传感器的其他细节在图7a或8b的侧视图和俯视图中示出。这对图给出这个示例性实施例的一些尺寸，如从Shack-Hartmann波阵面传感器的侧视图和俯视图所示。 在图6的视图中，为了说明的方便，CCD成像路径绘在系统的一侧。实际上，CCD摄像机64安装到系统的顶部。准直的波长780nm的激光束66聚焦到视网膜上。CCD摄像机64或红色固定光68使医生可将Shack-Hartmann波阵面传感器70与病人的LOS对准。图象可以通过相对于眼睛前后移动传感器来得以聚焦，这确保波阵面传感器在病人眼睛的出射瞳孔处成像。激光66自视网膜反射，而离开的波阵面包含与眼睛的象差相关的信息。利用Shack-Hartmann波阵面传感器测量人眼的象差的原理在文献中得以清楚的记载，因此，在此仅仅给出简要描述。小透镜(Lenslet)阵列72将自视网膜反射的波阵面分成多个子孔径，并然后测量波阵面相对于理想的无象差波阵面的倾斜。然后，所测量的斜度用于重新构建带象差的波阵面，由此它适于一组Zernike多项式，该多项式的各阶标示具体的光学象差，而它相应的系数代表在屈光偏差中的象差大小。然后，可以分析这些分量中每一个的严重性，并通过本发明的技术加以矫正。 锁定元件一旦校正了象差，就施加锁定照射。锁定照射可以或不可以用相同的照射系统施加。在虹膜未完全张开的那些情况中，可能需要在虹膜之后照射光可调节透镜。根据本发明另一实施方案，角度透镜用于此目的，如在标题“锁定光可调节透镜的测量透镜”下将更全面描述的。 下面将提供各种实施例的其他细节。 用于照射可修正的可植入透镜的方法用于照射光学元件，例如光可调节透镜的能量的一种形式是在320nm～400nm范围内的UV辐射。例如，在325nm工作的氦镉(HeCd)激光器或为在334和365nm处的放射谱线而光谱过滤的汞(Hg)弧光灯已经用在本发明中。这些UV源，包括在355nm工作的三倍频率激光二极管激励的(pumped)固态YAG激光器、在350～360nm范围内工作的氩离子激光器、氘放电灯，和与任意窄带光谱滤波器一同工作的宽带氙汞灯可以用作对光可修正材料和透镜进行UV照射测试的光源。 存在与这些光源中每一个相关的潜在的安全问题，当使用诸如激光器的相干光源时，存在如下的可能，即，光源会聚焦到视网膜上的一点处，并产生可以导致永久伤害的高强度。从其不会聚焦到一个微小点(tight point)上的角度来说，宽谱非相干光源例如弧光灯是引人注意的，但是，这些光源确实具有足够的输出照射，以至于他们必须衰减1/1000，来用于照射光可调节透镜。从而，灯的不适当使用、机械或电气故障会导致将高强度施加到眼睛结构上并随之造成损害。 更安全的光源将是不会聚焦到一点上并且仅具有足以曝光/照射人造晶状体材料的功率的那种。虽然在其更宽的方面，可以使用产生0.1到100mW/cm2的照射，根据本发明实施例，在350到380nm波长范围内，总UV功率为0.6到0.8微瓦(mW)就足以产生所需的屈光力变化。考虑到光学器件和角膜传输损失，在这个实施例中UV源总的所需功率大约为2.5到3.5mW。对于6.0mm直径的透镜，功率源将在9.75到12.25mW/cm2的强度下照射。 根据本发明，UV LED可以是适当的用于照射光可调节透镜的能量源。例如，可以使用市场上可购买到的UV LED，其具有以370nm为中心的0.75到1mW的输出功率，同时全宽度半光谱带宽为±10nm。商业上可获得的UVLED是扩展源，它可以聚焦到足够小的尺寸上，以耦合到液体填充的光学滤波器中。光谱输出如图8所示。对机械封装和来自UV LED的照射分布曲线的描述在图9a和9b中示出。从销售商(Sander电器公司)规格说明书中获得的UV LED的光学和电气特性在表1中给出。 表1绝对最大定额(Ta＝25℃)1)脉冲宽度最大值10毫秒，最大负荷率1/10HR370A光电特性(Ta＝25℃)HR370B光电特性(Ta＝25℃)在一个实施方案中，2到10个UV LED耦合到5mm直径光纤中。在另一实施方案中，4到8个UV LED...
【专利技术属性】
技术研发人员：本C普拉特，克里斯琴A桑德斯蒂特，詹姆斯A埃贝尔，
申请(专利权)人：卡尔豪恩视觉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。