MEDICION DE LA TOPOGRAFIA DE LA SUPERFICIE Y LA ABERRACION DE ONDA DE UN SISTEMA DE LENTES.

Dispositivo (1) para medir la topografía y la aberración de onda de un sistema de lentes (2)

- con un primer sistema de medición (8) que comprende una fuente de luz (10) para emitir un primer haz de luz (11) con una primera longitud de onda (?1),

así como un detector (20, 48) para recoger el primer haz de luz reflejado (11'') en el sistema de lentes (2),

- así como con un segundo sistema de medición (9) que comprende una fuente de luz (21) para emitir un segundo haz de luz (22) con una segunda longitud de onda (?2), así como un detector (24, 48) para recoger el segundo haz de luz (22'') transmitido a través del sistema de lentes (2),

caracterizado porque un elemento óptico difractivo (18) está dispuesto en un área común (14) de las trayectorias de rayos de un primer (8) y de un segundo (9) sistemas de medición y adapta, de forma selectiva respecto a la longitud de onda, la trayectoria del frente de ondas (34) del primer haz de luz (11, 11'') y del segundo haz de luz (22, 22''), respectivamente

Medición de la topografía de la superficie y la aberración de onda de un sistema de lentes.

La invención se refiere a un dispositivo para medir la topografía de superficies (en adelante abreviado "topografía") y la aberración de onda de un sistema de lentes con un primer sistema de medición, que comprende una fuente de luz para emitir un primer haz de luz con una primera longitud de onda, así como un detector para recoger el primer haz de luz reflejado en el sistema de lentes, y con un segundo sistema de medición, que comprende una fuente de luz para emitir un segundo haz de luz con una segunda longitud de onda, así como un detector para recoger el segundo haz de luz transmitido a través del sistema de lentes. Un dispositivo de este tipo puede ser utilizado básicamente para la medición de cualquier sistema óptico de lentes. No obstante, en especial, este dispositivo se utiliza en la tecnología óptica médica. En este caso el sistema de lentes que ha de ser examinado es un ojo (en especial, el ojo humano). La invención asimismo se refiere a un procedimiento correspondiente.

Para intervenciones quirúrgicas en el ojo humano, por ejemplo, la corrección de defectos de la visión del ojo, en estos últimos tiempos se viene utilizando cada vez más la ablación de tejido de la córnea mediante un láser excimer. A tal efecto, se corta una lámina en la superficie de la córnea (es decir, la capa anterior y transparente del ojo) y se aparta a un lado. A continuación, se procede a la ablación de una cantidad adecuada del tejido corneal que ha quedado expuesto (es decir, se rebaja) y seguidamente se vuelve a colocar la lámina de córnea en su lugar. De este modo, la córnea queda deformada de forma dirigida de tal manera que se compensa un defecto de la visión del ojo, por ejemplo, miopía o hipermetropía, o también astigmatismo. A efectos de poder calcular con suficiente precisión la cantidad de tejido de córnea a rebajar, se requiere un conocimiento detallado tanto de la aberración de onda, es decir del error de representación óptico del ojo, como también de la topografía de la córnea.

También otros procedimientos correctivos que se aplican al ojo humano, por ejemplo, la transplantación de la córnea, la sustitución de la lente del ojo por una artificial o la adaptación de una lente de contacto, requieren de una densidad de información similar.

Hasta ahora la topografía de la córnea y la aberración de onda del ojo se han medido habitualmente por separado. Debido a ello, a menudo resultan discrepancias entre las dos mediciones realizadas de forma distanciada en el tiempo, debido a la inestabilidad del ojo como objeto biológico, por un lado, y, por otro lado, debido a los múltiples grados de libertad del ajuste del ojo en relación con el dispositivo de medición. En la aplicación en la medicina óptica, esta discrepancia en la medición puede mermar, en especial, el éxito de la intervención quirúrgica en el ojo o de cualquier otro procedimiento correctivo médico.

Para evitar estas discrepancias resulta, por lo tanto, deseable que la medición de la topografía y de la aberración de onda se realice simultáneamente. Esta posibilidad existe en un procedimiento de medición conocido por la patente US 2002/0163623 A1. Según este procedimiento conocido y el dispositivo asociado, están dispuestos dos sistemas de medición que emiten señales de luz de diferente longitud de onda y las vuelven a recoger tras su refracción en el ojo, es decir en la córnea. En el dispositivo conocido el guiado de los haces de luz necesarios para ambas mediciones resulta comparativamente costoso. Esto limita, a la inversa, la precisión de las mediciones.

Un procedimiento de medición similar se conoce, además, por la patente US 2001/0016695 A1.

La invención tiene como objetivo mejorar un dispositivo y un procedimiento para medir la topografía y la aberración de onda de un sistema de lentes.

En lo referente al dispositivo, el problema se resuelve, de acuerdo con la invención, por las características de la reivindicación 1. En lo referente al procedimiento asociado, el problema se resuelve, de acuerdo con la invención, por las características de la reivindicación 17. De acuerdo con ello, un elemento óptico difractivo (es decir, un elemento que provoca difracción) está dispuesto en un área común de las trayectorias de los rayos de un primer y un segundo sistemas de medición, y adapta las trayectorias de los frentes de ondas de un primer haz de luz y de un segundo haz de luz, respectivamente, de forma selectiva de la longitud de onda.

Se denomina trayectoria del frente de ondas la función del espacio tridimensional que describe la orientación espacial de una superficie perpendicular con respecto a la dirección de propagación local de la luz en cualquier punto dentro de la trayectoria de rayos del haz de luz observado. El elemento óptico difractivo (DOE) actúa de forma selectiva según la longitud de onda en el sentido de que, al pasar por el DOE la trayectoria del frente de ondas de cada uno de los dos haces de luz es alterada de forma diferente, debido a sus longitudes de onda diferentes.

Debido a la utilización del DOE y de la conducción de rayos selectiva en función de la longitud de onda facilitada de esta manera, se puede adaptar la trayectoria del frente de ondas de ambos haces de luz de forma flexible, prácticamente de forma independiente y con alta precisión a las exigencias de la correspondiente medición.

Según una realización preferente de la invención, el DOE está realizado de tal manera que el orden cero de difracción del primer haz de luz es suprimido, es decir, que su intensidad es totalmente extinguida o, como mínimo, muy reducida. La luz del primer haz de luz se transmite, por lo contrario, en una mayoría o completamente en el primer orden de difracción. Al mismo tiempo se consigue mediante la realización adecuada del DOE que éste no provoque esencialmente ninguna difracción de la luz del segundo haz de luz. Por lo tanto, el segundo haz de luz es transmitido esencialmente sin ser debilitado dentro del orden cero de difracción.

Mediante una realización adecuada del DOE se preadapta, oportunamente, la trayectoria del frente de ondas del primer haz de luz transmitido por el DOE en dirección al sistema de lentes a la topografía de dicho sistema de lentes. Con preadaptación se entiende, especialmente, que la trayectoria del frente de ondas del primer haz de luz es deformada por el DOE de tal manera que la curvatura de los frentes de onda corresponde, en el lugar del sistema de lentes, aproximadamente a la curvatura de la superficie de éste. Ello tiene la ventaja de que la luz del primer haz de luz incide en todos los sitios esencialmente de forma perpendicular sobre la superficie del sistema de lentes, siendo reflejado casi sobre sí mismo. De este modo, incluso pequeñas desviaciones de la topografía del sistema de lentes pueden ser detectadas de forma precisa por la preadaptación. Mediante la preadaptación de la trayectoria del frente de ondas se reduce, además, la pérdida de luz por dispersión de la misma. Para la aplicación de la invención al ojo humano como sistema de lentes a examinar, el DOE está realizado preferentemente de tal manera que la trayectoria del frente de ondas del primer haz de luz es adaptada a un modelo médico estandarizado del ojo humano, en especial, al ojo normal según Gullstrand. Sin embargo, con respecto al segundo haz de luz el DOE está preferentemente realizado de tal manera que su trayectoria del frente de ondas no se modifica esencialmente.

Un elemento de fase de superficie corrugada resulta muy adecuado como DOE. Es decir, una placa de vidrio o de material plástico transparente cuya superficie está dotada de una retícula de difracción a modo de relieve. Por medio de procedimientos de producción asistidos por ordenador y técnicas de grabado adecuadas, hoy en día un elemento de fase de este tipo puede ser fabricado de forma comparativamente económica con una precisión muy elevada. La difracción provocada por el elemento de fase puede ser adaptada de forma muy flexible a las necesidades. Con un elemento de fase de superficie corregida se puede conseguir, en especial, una retícula superficial con un período de la retícula muy pequeño, del orden de unos pocos cientos de nanómetros y, por lo tanto, un ángulo de desviación comparativamente grande de la luz difractada. En principio se prevé, sin embargo, que el DOE pueda realizarse de otro modo, por ejemplo, mediante un holograma de volumen o un elemento reflectivo difractivo. En especial, también se prevé que el DOE sea realizado...

1. Dispositivo (1) para medir la topografía y la aberración de onda de un sistema de lentes (2)

- con un primer sistema de medición (8) que comprende una fuente de luz (10) para emitir un primer haz de luz (11) con una primera longitud de onda (?1), así como un detector (20, 48) para recoger el primer haz de luz reflejado (11') en el sistema de lentes (2),

- así como con un segundo sistema de medición (9) que comprende una fuente de luz (21) para emitir un segundo haz de luz (22) con una segunda longitud de onda (?2), así como un detector (24, 48) para recoger el segundo haz de luz (22') transmitido a través del sistema de lentes (2),

caracterizado porque un elemento óptico difractivo (18) está dispuesto en un área común (14) de las trayectorias de rayos de un primer (8) y de un segundo (9) sistemas de medición y adapta, de forma selectiva respecto a la longitud de onda, la trayectoria del frente de ondas (34) del primer haz de luz (11, 11') y del segundo haz de luz (22, 22'), respectivamente.

2. Dispositivo (1), según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento óptico difractivo (18) está realizado de tal manera que el orden cero de difracción (31) del primer haz de luz (11, 11') queda suprimido, mientras que el segundo haz de luz (22, 22') es transmitido esencialmente sin interferencias en el orden cero de difracción (31).

3. Dispositivo (1), según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento óptico difractivo (18) está realizado de tal manera que la trayectoria del frente de ondas (34) del primer haz de luz (11, 11') es preadaptado a la topografía del sistema de lentes (2).

4. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la trayectoria del frente de ondas (34) del segundo haz de luz (22, 22') no es modificada esencialmente por el elemento óptico difractivo (18).

5. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento óptico difractivo (18) está realizado como un elemento de fase de superficie corrugada.

6. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por una tercera fuente de luz (38) para emitir un tercer haz de luz (39) con una tercera longitud de onda (?3), que está diseñada para proyectar un objeto de fijación en el sistema de lentes (2).

7. Dispositivo (1), según la reivindicación 6, caracterizado porque la tercera longitud de onda (?3) corresponde a la segunda longitud de onda (?2).

8. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque un detector común (48) está dispuesto para el primer sistema de medición (8) y el segundo sistema de medición (9).

9. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque, como mínimo, la primera longitud de onda (?1) se sitúa en la región infrarroja del espectro.

10. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por un dispositivo de ajuste (42) para ajustar la posición del sistema de lentes (2) con respecto al elemento óptico difractivo (18).

11. Dispositivo (1), según la reivindicación 10, caracterizado porque el dispositivo de ajuste (42) comprende una fuente de luz (43) mediante la cual se puede proyectar el rayo de luz de ajuste (45) en un ángulo sobre el sistema de lentes (2), así como un detector (44) sensible de la posición para determinar la posición del rayo de luz de ajuste (45) reflejado en el sistema de lentes (2).

12. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el elemento óptico difractivo (18) está dispuesto directamente delante del sistema de lentes (2).

13. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el área común (14) de las trayectorias de rayos está limitada por un divisor (13) del haz de rayos selectivo de la longitud de onda.

14. Dispositivo (1), según la reivindicación 13, caracterizado porque el divisor del haz (13) está realizado como elemento óptico difractivo.

15. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el detector (20, 48) del primer sistema de medición (8) y/o el detector (24, 48) del segundo sistema de medición (9) es un sensor de Shack-Hartmann.

16. Dispositivo (1), según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el detector (20, 48) del primer sistema de medición (8) y/o el detector (24, 48) del segundo sistema de medición (9) es un interferómetro.

17. Procedimiento para medir la topografía y la aberración de onda de un sistema de lentes (2) en el que, para medir la topografía, se proyecta un primer haz de luz (11) con una primera longitud de onda (?1) sobre el sistema de lentes (2) y el primer haz de luz reflejado (11') en el sistema de lentes (2) es detectado, y en el que para medir la aberración de onda se proyecta un segundo haz de luz (22) con una segunda longitud de onda (?2) sobre el sistema de lentes (2) y se detecta el segundo haz de luz transmitido (22') por el sistema de lentes (2), caracterizado porque mediante un elemento óptico difractivo (18), posicionado en un área común (14) de las trayectorias de rayos del primer haz de luz (11, 11') y del segundo haz de luz (22, 22'), se adaptan de forma selectiva respecto a la longitud de onda las trayectorias de los frentes de ondas (34) del primer haz de luz (11, 11') y del segundo haz de luz (22, 22'), respectivamente.

18. Procedimiento, según la reivindicación 17, caracterizado porque la primera longitud de onda (?1) y la segunda longitud de onda (?2) se eligen en relación con el elemento óptico difractivo (18) de tal manera que el orden cero de difracción (31) del primer haz de luz (11, 11') es suprimido por el elemento óptico difractivo (18), mientras que el segundo haz de luz (22, 22') es transmitido de forma esencialmente no debilitada en el orden cero de difracción (31).

19. Procedimiento, según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque mediante el elemento óptico difractivo (18) se preadapta la trayectoria del frente de ondas (34) del primer haz de luz (11) a la topografía del sistema de lentes (2).

20. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque la medición de la topografía y la medición de la aberración de onda se llevan a cabo simultáneamente.

21. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque la medición de la topografía y la medición de la aberración de onda se llevan a cabo de forma secuencial en el tiempo.

22. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque para la medición de la topografía y/o para la medición de la aberración de onda se utiliza un procedimiento de "Scanning-Spot".