Aberrómetro para deflectometría de Moiré.

Un dispositivo (100) deflectómetro de Moiré para la medición de una aberración de frente de onda de un sistema óptico (110),

dicho dispositivo incluye una primera fuente de luz (120) para iluminar una zona superficial seleccionada (112) del sistema óptico (110), un sistema de envío óptico (140) para dirigir la iluminación de la fuente de luz desde la primera fuente de luz (120) y dispersada desde la zona superficial (112) del sistema óptico (110) a un componente (150) del deflectómetro, en el que dicho componente de deflectómetro adapta un frente de onda (125) desde el sistema óptico a un patrón de franjas de Moiré (500), un analizador (170) de franjas adaptado para calcular la aberración de frente de onda del sistema óptico (110), y

una segunda fuente de luz (130) para iluminar la pupila de salida (114) del sistema óptico; caracterizado por una cámara de detector CCD con lentes asociadas (160) adaptadas para tomar imágenes y mostrar una pupila de salida (114) del sistema óptico (110) y el patrón de franjas Moiré; y

un sistema de alineación (180) que coopera con la segunda fuente de luz (130) de una manera tal para alinear de manera consistente un eje de medición (185) del dispositivo con el sistema óptico, en el que la segunda fuente de luz (130) para iluminar la pupila de salida (114) del sistema óptico (110) tiene una longitud de onda en el intervalo entre 800 nm y 900 nm.

Aberrómetro para deflectometría de Moiré.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo del invento La invención se dirige principalmente a los aparatos y los métodos de oftalmología de detección de frente de onda y más particularmente a un método y aparato sensor de frente de onda basados en los principios de deflectometría de Moiré.

Descripción de la técnica relacionada La medición de las aberraciones de frente de onda del ojo hasta décimo orden de Zernike sigue encontrando una creciente aplicación en el campo de la oftalmología, particularmente en relación a los procedimientos quirúrgicos refractivos tales como LASIK, LASEK, PRK y otros. Ya no es suficiente meramente medir la topología de la córnea para determinar cómo reformar mejor la córnea de una persona para la corrección de la visión. Y mientras que los sistemas de topografía corneal se utilizan en combinación con dispositivos de paquimetría y técnicas de trazado de rayos pueden proporcionar una gran cantidad de información acerca de los problemas de visión y los ojos de una persona, la aberrometría proporciona por sí misma información única acerca de los defectos visuales de todo el sistema óptico del ojo. La detección de frentes de onda tiene una aplicación que va desde la medición de refracción de objetivos para la corrección tradicional de desenfoque y el astigmatismo para contribuir a la creación de lentes oftálmicas personalizadas (por ejemplo, lentes de contacto, lentes intraoculares (IOL) , etc.) y tratamientos personalizados de ablación láser que tienen el potencial de proporcionar una mejora de la visión hasta el límite teórico del ojo humano.

Los aberrómetros y los principios sobre los que funcionan por lo general se pueden clasificar en cuatro tipos: (1) saliente (por ejemplo, Hartmaim-Shack) ; (2) de doble paso (por ejemplo, esquiascopía de ranuras) ; (3) entrante ajustable (por ejemplo un refractómetro espacialmente resuelto) ; y (4) aberrometría de imagen de la retina (por ejemplo, Tracey Tscheming) . En el entorno comercial actual, la aberrometría basada en un sensor de frente de onda Hartmann-Shack es la más frecuente. Sin embargo, Hartmann-Shack, así como los otros principios de medición de frente de onda incorporados en los diferentes dispositivos disponibles en el mercado, tiene ventajas y desventajas identificables relativas. El lector interesado puede dirigirse a la Revista de Cirugía Refractiva, vol. 16, No. 5 (septiembre/octubre de 2000) , que proporciona una revisión exhaustiva de la aberrometría oftálmica basada en las medidas del Primer Congreso Internacional de detección de frente de onda y corrección refractiva sin aberraciones.

La detección y análisis oftálmicos de frente de onda no se limita de ninguna manera a las categorías descritas anteriormente. Los investigadores en el campo de la psicofísica, tales como Smirnov en la década de 1960, Howland a mediados de los años 80, y Liang y Williams desde finales de los años 80 a mediados de los años 90, por nombrar sólo unos pocos, emplearon diversos principios ópticos para adquirir y analizar datos de la aberración ocular. Del mismo modo, se han transferido una gran cantidad de conocimientos para aplicaciones oftálmicas desde los campos de la astronomía, las iniciativas estratégicas de defensa y las pruebas de lentes ópticas.

En la publicación internacional de solicitud de patente WO 92/01417, Horwitz explicó la medición y la corrección automáticas de la visión binocular apoyándose en la generación y análisis de franjas de Moiré, comúnmente conocida como deflectometría Moiré. La publicación describe un aparato binocular que supuestamente tiene la capacidad de medir hasta 256 aberraciones del ojo, y la aplicación de esta tecnología para el diseño y la fabricación de lentes oftálmicas personalizadas y la cirugía refractiva con láser. En 1999, la patente de EE.UU. de Horwitz

5.963.300 describía un biómetro ocular basado en parte en deflectometría Moiré e incluye una enseñanza limitada del análisis de Fourier para el suministro de información de la aberración del frente de onda. A pesar de la emisión de la patente '300, parecía que la aplicación de la tecnología de detección ocular de frente de onda necesitaba algo más, que al parecer estaba provisto, al menos en parte, por el Método de Transformada de Fourier por parte de Quiroga y otros para el procesamiento automático de deflectogramas de Moiré, Opt. Eng. 38 (6) 974-982 (junio de 1999) .

Las limitaciones de la medición de los aberrómetros tipo Hartmann-Shack y su tamaño, coste y complejidad son temas muy apreciados por los expertos en la técnica. El inventor ha reconocido que las mejoras de los aparatos y métodos de deflectometría muaré podrían resolver ventajosamente muchas de las cuestiones asociadas con la tecnología actual de los aberrómetros. En consecuencia, la presente memoria descriptiva da a conocer mejores aparatos y métodos de deflectometría de Moiré que el inventor cree que proporcionan mediciones de frente de onda con una mejor resolución, mayor fiabilidad, precisa capacidad de análisis que es más simple, menos costosa y más robusto que los sistemas de aberrómetro ocular disponibles de Hartmann-Shack y otros disponibles en el mercado.

El documento WO 01/58339 describe un sistema de medición de error oftálmico, que incluye un sistema óptico de proyección que entrega luz a la retina de un ojo y un sistema de pre-corrección que compensa un rayo de luz que se inyecta en el ojo para las aberraciones en el ojo. El sistema de pre-corrección se sitúa entre el sistema óptico de

proyección y el ojo. Un sistema de imágenes que recoge la luz dispersada por la retina, y un detector que recibe la luz que es devuelta por la retina desde el sistema de imágenes. El uso del sistema de pre-corrección permite que sean analizadas las aberraciones de extremo a extremo del sistema ocular. El uso de un sistema de pre-corrección también permite el uso de un tamaño de punto mínimo en la retina, y todas sus ventajas que conlleva.

El documento US-A-5 963 300 se refiere a un biómetro ocular que utiliza una fuente emisora de luz y la óptica correspondiente para iluminar unas zonas de los ojos con el fin de analizar el frente de onda de la luz reflejada. Se utilizan elementos que comparten la apertura, tales como "espejos calientes" para permitir que los ojos vean el mundo, a medida que el biómetro ocular mide diversas características de los ojos, tales como del estado refractivo (es decir, acomodativo) , el ángulo de la mirada y el diámetro de la pupila en cualquier instante de tiempo y de forma continua. Las técnicas de acondicionamiento óptico del frente de onda y de detección de frente de onda se utilizan para determinar la potencia refractiva del ojo y el estado acomodativo instantáneo. La luz reflejada se proyecta a través de una retícula o pluralidad de retículas. Las características espaciales del patrón de sombra resultante determinan de forma única las características del ojo. Estos patrones de sombra se pueden medir directamente o provocando una modulación de las líneas con una segunda retícula idéntica colocada adecuadamente entre el primero y el plano de la imagen. Se puede utilizar la pupila brillante y una imagen de Purkinje para calcular el ángulo de la mirada (o, de línea de visión) .

El documento WO 96/22506 se refiere a un dispositivo óptico y un método de utilización de dicho dispositivo, basado en la idea de la interferometría, para el examen óptico de objetos en los que el dispositivo óptico comprende un par de injertos de difracción (G1, G2) con cada uno de los injertos diseñado para reducir sustancialmente todos los órdenes de difracción, excepto los órdenes de difracción +1 y -1 por el fenómeno de las ondas evanescentes y la cancelación de orden cero.

El documento US-A-5 374 193 describe un aparato de formación de alojamiento que se modifica para incluir un aparato de electroencefalografía para monitorizar las ondas cerebrales del paciente. Esto permite a un paciente ser entrenado para entrar y permanecer en el estado alfa, incluso con los ojos abiertos y con algo para mirar.

El documento US 2002/163623 describe un aparato de medición de característica oftálmica, en el que una primera señal y una segunda señal son capturadas al mismo tiempo, y las características ópticas de un ojo objeto y la forma corneal de los mismos se miden de forma simultánea o substancialmente al mismo tiempo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un dispositivo según la invención... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (100) deflectómetro de Moiré para la medición de una aberración de frente de onda de un sistema óptico (110) , dicho dispositivo incluye una primera fuente de luz (120) para iluminar una zona superficial seleccionada (112) del sistema óptico (110) , un sistema de envío óptico (140) para dirigir la iluminación de la fuente de luz desde la primera fuente de luz (120) y dispersada desde la zona superficial (112) del sistema óptico (110) a un componente (150) del deflectómetro, en el que dicho componente de deflectómetro adapta un frente de onda (125) desde el sistema óptico a un patrón de franjas de Moiré (500) , un analizador (170) de franjas adaptado para calcular la aberración de frente de onda del sistema óptico (110) , y una segunda fuente de luz (130) para iluminar la pupila de salida (114) del sistema óptico; caracterizado por una cámara de detector CCD con lentes asociadas (160) adaptadas para tomar imágenes y mostrar una pupila de salida (114) del sistema óptico (110) y el patrón de franjas Moiré; y un sistema de alineación (180) que coopera con la segunda fuente de luz (130) de una manera tal para alinear de manera consistente un eje de medición (185) del dispositivo con el sistema óptico, en el que la segunda fuente de luz (130) para iluminar la pupila de salida (114) del sistema óptico (110) tiene una longitud de onda en el intervalo entre 800 nm y 900 nm.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la luz (121) de la primera fuente de luz (120) es una luz coherente.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la luz (121) de la primera fuente de luz (121) es en forma de un haz colimado que tiene un diámetro en sección transversal mayor que una cantidad limitada de difracción de hasta 1 mm antes de iluminar la zona superficial seleccionada del sistema óptico (110) .

4. El dispositivo de la reivindicación 3, en el que el diámetro en sección transversal está entre 300 ∀m y 600 ∀m.

5. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la iluminación de fuente de luz de la primera fuente de luz (120) tiene un eje de propagación entrante (118) que se desplaza desde un eje óptico centrado (185) del sistema óptico.

6. El dispositivo de la reivindicación 5, en el que el desplazamiento es aproximadamente 1 mm.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la iluminación de fuente de luz de la primera fuente de luz (120) tiene una longitud de onda en el espectro de infrarrojos cercanos.

8. El dispositivo de la reivindicación 7, en el que la longitud de onda está en el intervalo de entre aproximadamente 770 nm y 790 nm.

9. El dispositivo de la reivindicación 8, en el que la longitud de onda es aproximadamente 780 nm.

10. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el deflectómetro comprende una primera rejilla cuadrada (151) que tiene unas líneas de rejilla (152) que son igualmente periódicas en direcciones ortogonales, dicha rejilla está con una alineación fija con el sensor de manera que dichas líneas de rejilla y un eje horizontal y un eje vertical del sensor se alinean con unos ejes x e y de un sistema de coordenadas de referencia del dispositivo, y comprende además una segunda rejilla cuadrada (151') que es substancialmente idéntica a la primera rejilla cuadrada, en la que dichas rejillas primera y segunda se encuentran a lo largo de un eje z (185) del sistema de coordenadas de referencia con una distancia de separación, nT, donde n es un entero igual o mayor que uno y T es una distancia de Talbot, en el que además la segunda rejilla se rota en el plano x-y con respecto a la primera rejilla con un ángulo, !, donde 0º <!<90º .

11. El dispositivo de la reivindicación 10, en el que 1º #!#10º .

12. El dispositivo de la reivindicación 10, en el que el deflectómetro es un material de vidrio que tiene líneas de rejilla grabadas con láser.

13. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la longitud de onda es de aproximadamente 800 nm.

14. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la segunda fuente de luz (130) tiene un modo de iluminación y un modo sin iluminación.

15. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que la segunda fuente de luz (130) es con forma de un anillo de dispositivos emisores de luz situados adecuadamente para iluminar uniformemente la pupila de salida (114) .

16. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sistema de alineación (180) comprende un indicador de retículo (315) para identificar una posición de centrado de la pupila de salida (114) en el retículo.

17. El dispositivo de la reivindicación 16, en el que el indicador de retículo es un indicador implementado por software.

18. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el analizador (170) de patrón de franjas es un componente adaptado para implementar un análisis, de transformada de Fourier conducido por software, del patrón de franjas de Moiré.

19. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sistema óptico (110) es una lente de pruebas, en el que la zona superficial seleccionada (112) es una zona de una superficie posterior, que refleja de manera difusa, de la lente de pruebas.

20. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el sistema óptico (110) es un ojo, en el que la zona superficial seleccionada (112) es una región foveal de la superficie de la retina del ojo.

21. El dispositivo de la reivindicación 10, en el que las líneas de rejilla cuadrada primera y segunda que incorporan materiales transmisores que son igualmente periódicas en direcciones ortogonales son parejas cruzadas idénticas de rejillas de Ronchi.

22. Un método para la medición de una aberración de frente de onda de un sistema óptico (110) utilizando un dispositivo de deflectómetro de Moiré, que comprende las etapas de:

proporcionar dicho dispositivo que incluye una primera fuente de luz (120) , un analizador (170) de patrón de franjas, un sistema de alineación (180) y un componente (150) de deflectómetro, que comprende una rejillas 25 cuadradas primera y segunda, en el que dicha primera rejilla cuadrada tiene una líneas de rejilla que son igualmente periódicas en direcciones ortogonales, dicha primera rejilla cuadrada está en alineación fija con el sensor de tal manera que dichas líneas de rejilla ortogonales y un eje horizontal y un eje vertical del sensor se alinean con unos ejes x e y de un sistema de coordenadas de referencia del dispositivo, y además en el que dicha segunda rejilla cuadrada se encuentra aguas abajo de dicha primera rejilla cuadrada con una distancia

de separación, nT, donde n es un entero igual o mayor que uno y T es una distancia de Talbot, la segunda rejilla se rota de manera fija en el plano x-y con respecto a la primera rejilla con un ángulo, !, donde 0º <!<90º ; que proporciona además una cámara de detector CCD con lentes asociadas (160) ; que proporciona además una segunda fuente de luz (130) ;

iluminar uniformemente una pupila de salida (114) del sistema óptico (110) con la luz de la segunda fuente de luz (130) ; obtener una imagen de la pupila de salida (114) que incluye un indicador de alineación y de un patrón de franjas de Moiré con el conjunto de cámara de detector de CCD; alinear de manera consistente la pupila de salida (114) con respecto al indicador de alineación cada vez que

se va a hacer una medición de frente de onda; iluminar una región superficial seleccionada, que refleja de manera difusa, del sistema óptico (110) con un punto de luz de tamaño adecuado proporcionado por la primera fuente de luz (120; y obtener datos de aberración del frente de onda, en el que la segunda fuente de luz (130) para la iluminación de la pupila de salida (114) del sistema óptico (119) tiene una longitud de onda en el intervalo de entre 45 aproximadamente 800 nm y 900 nm.

23. El método de la reivindicación 22, en el que la etapa de iluminar uniformemente la pupila de salida (114) comprende el uso de un anillo, o por lo menos una parte del mismo, de fuentes emisoras de luz.

50 24. El método de la reivindicación 22, en el que la etapa de iluminar uniformemente la pupila de salida (114) comprende el uso de luz con una longitud de onda de aproximadamente 880 nm.

25. El método de la reivindicación 22, en el que la etapa de alinear de manera consistente la pupila de salida (114) comprende la alineación de un centro de la pupila de salida con un eje de medición del dispositivo.

26. El método de la reivindicación 22, en el que la etapa de alinear de manera consistente la pupila de salida (114) comprende la alineación de un eje visual a través de la pupila de salida con un eje de medición del dispositivo.

27. El método de la reivindicación 22, en el que la etapa de iluminar una región superficial seleccionada que refleja 60 de manera difusa comprende inyectar directamente un haz coherente colimado en el sistema óptico (110) .

28. El método de la reivindicación 22, en el que el haz tiene un diámetro de entre aproximadamente 600 y 1.000 ∀m.