專利名稱：一種透射式人工晶體像差哈特曼測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，它是眼科臨床移植人工晶體時的 專用設(shè)備，同時也是生產(chǎn)人工晶體的一種高精度設(shè)備。
技術(shù)背景目前，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.l9， No.2/February)。 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和未來發(fā)展的趨勢。實現(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，同時還要矯正人眼高階像差， 單純的光焦度檢測不能滿足對高階像差矯正人工晶體的檢測要求，需要全面客觀地測量人 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技術(shù)實現(xiàn)人工晶體像 差測量，它不但可以測量人工晶體低階像差，還可以測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， 15巻2期228-235頁，1998年)和基于微棱鏡陣列("Har加ann-Shack Wavefront Sensor Based on a Micro-Grating Array" ， Haiying Wang, Haifeng Duan, Changtao Wang, Yudong Zhang, SPIE, Vol. 6018， 2005)兩種形式。哈特曼波前探測技術(shù)己廣泛用于人眼像差測量、光束質(zhì) 量診斷、光學(xué)元件檢測等諸多領(lǐng)域。但是，哈特曼波前傳感器應(yīng)用于人工晶體像差測量尚 屬空白，本發(fā)明正是針對這一情況提出的。 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，可以對任意屈光度的人工晶體進行像差測量的透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，為眼科臨床人 工晶體移植以及人工晶體的加工和檢測等提供方便、快捷和可靠的檢測。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，光源、光束濾波系統(tǒng)、 內(nèi)調(diào)焦裝置、孔徑分割元件、光電探測器和計算機，其中孔徑分割元件、光電探測器構(gòu)成 哈特曼波前傳感器；由光源發(fā)出的光，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，穿過待測人工晶體，透射光波攜帶人工晶體像差信息進入內(nèi)調(diào)焦裝置，通過內(nèi) 調(diào)焦裝置對人工晶體屈光度即離焦進行補償，補償后的光波被孔徑分割元件分割采樣并聚 焦到光電探測器上形成光斑陣列，光電探測器將采集光斑數(shù)據(jù)送入計算機，經(jīng)計算機處理 得到此時入射光波的像差大小，綜合內(nèi)調(diào)焦裝置記錄的調(diào)焦量大小得到待測人工晶體總的 像差。所述的內(nèi)調(diào)焦裝置由兩個不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成的光束匹配望遠鏡構(gòu)成。 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， 光電探測器件位于微透鏡陣列焦面上；當(dāng)為微棱鏡陣列時，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，光電探測器件位于傅立葉透 鏡或成像透鏡的焦面上。所述的光電探測器既可以是成像相機，也可以是位置敏感器陣列。本發(fā)明的原理是光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直為平行光，穿過待測人工晶體，透射光波攜帶 人工晶體像差信息進入內(nèi)調(diào)焦哈特曼波前傳感器，通過內(nèi)調(diào)焦裝置對人工晶體屈光度進行 補償，并記錄調(diào)焦量大小，光波通過內(nèi)調(diào)焦裝置后被準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)孔徑分割元件被分 割采樣并聚焦到光電探測器上，采集光斑數(shù)據(jù)送入計算機，經(jīng)處理得到入射光波像差大小， 綜合內(nèi)調(diào)焦裝置記錄的調(diào)焦量大小得到待測人工晶體總的像差。所述的孔徑分割元件可以是微透鏡陣列，也可以是微棱鏡陣列或其他具有相同功能的 孔徑分割元件。所述的光電探測器既可以是成像相機，也可以是位置敏感器陣列。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1) 本發(fā)明所采用的內(nèi)調(diào)焦裝置對人工晶體屈光度進行補償，將較大的離焦與其余像 差分開測量，減小人工晶體像差測量了對哈特曼動態(tài)范圍的要求，儀器通用性好，可以對 任意屈光度的人工晶體進行像差測量，為眼科臨床人工晶體移植以及人工晶體的加工和檢 測等提供方便、快捷和可靠的檢測。(2) 本發(fā)明釆用具有內(nèi)調(diào)焦裝置的哈特曼波前傳感器測量人工晶體像差，相對于干涉儀像差檢測方法，對環(huán)境要求低，容易實現(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，具有結(jié)構(gòu)簡單和穩(wěn)定的優(yōu)點。(3)本發(fā)明所采用的內(nèi)調(diào)焦裝置對人工晶體屈光度進行補償，補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可以獲得晶體屈光度的大小，通用性好。


圖l為本發(fā)明基于微透鏡哈特曼的人工晶體像差測量原理圖； 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。
具體實施方式
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量原理圖，它包括光源l、光束濾波系統(tǒng)，內(nèi)調(diào)焦裝置、孔徑分割元件61、光電探測器62和計算機7， 其中孔徑分割元件，即微透鏡陣列61和光電探測器62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，內(nèi)調(diào)焦裝置5由兩個不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成的光束 匹配望遠鏡。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，穿過待測 人工晶體4，透射光波攜帶人工晶體像差信息進入內(nèi)調(diào)焦哈特曼波前傳感器，通過移動圖l 中虛線部分對人工晶體屈光度(即離焦)進行補償，并記錄調(diào)焦量大小。光波透過調(diào)焦裝 置5后被準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)微透鏡陣列61被分割采樣并聚焦到光電探測器62上形成光斑 陣列，采集光斑數(shù)據(jù)送入計算機7，經(jīng)處理得到此時入射光波的像差大小，綜合內(nèi)調(diào)焦裝置 記錄的調(diào)焦量大小得到待測人工晶體總的像差。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61和光電探測器 件62組成，其中光電探測器件62位于微透鏡陣列61的焦面上?；谖⑼哥R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61后，在 其焦面上形成一個光斑陣列，整個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，各個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。光電探測器件62接收到的光斑信號可通過計算機進行處理，采用質(zhì)心算法由公式①計算光斑的位置(x,， ，探測全孔徑的波面誤差信息-<formula>formula see original document page 5</formula>式中，m-l M,t^l N為子孔徑映射到光電探測器件62上對應(yīng)的像素區(qū)域，L"是光電探測器件62上第(n，m)個像素接收到的信號，^""'^"m分別為第(n,m)個像素的x坐 標(biāo)和y坐標(biāo)。再根據(jù)公式②計算入射波前的波前斜率g ，義<formula>formula see original document page 6</formula>式中，(jco，Jo)為標(biāo)準(zhǔn)平面波標(biāo)定哈特曼傳感器獲得的光斑中心基準(zhǔn)位置；哈特曼傳 感器探測波前畸變時，光斑中心偏移到(x,，少,)，完成哈特曼波前傳感器對信號的檢測。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量原理圖。 它包括光源l、光束濾波系統(tǒng)，內(nèi)調(diào)焦裝置、孔徑分割元件，即微棱鏡陣列61'、傅立葉透 鏡或成像透鏡63、光電探測器62和計算機7，其中微棱鏡陣列61'、傅立葉透鏡或成像透 鏡63和光電探測器62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， 內(nèi)調(diào)焦裝置5由兩個不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成的光束匹配望遠鏡。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，穿過待測人工晶體4，透射光波攜帶人工晶 體像差信息進入內(nèi)調(diào)焦哈特曼波前傳感器，通過移動圖1中虛線部分對人工晶體屈光度(即 離焦)進行補償，并記錄調(diào)焦量大小。光波透過調(diào)焦裝置5后被準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)微棱鏡 陣列61，，傅立葉透鏡或成像透鏡63后被分割釆樣并聚焦到光電探測器62上形成光斑陣列， 采集光斑數(shù)據(jù)送入計算機7，經(jīng)處理得到此時入射光波的像差大小，綜合內(nèi)調(diào)焦裝置記錄的 調(diào)焦量大小得到待測人工晶體總的像差。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61'、傅立葉透鏡或成像透鏡63和光電探測器件62組成，其中傅立葉透鏡或成像透 鏡63緊靠微棱鏡陣列61'，光電探測器件62位于傅立葉透鏡或成像透鏡63的焦面上?；谖⒗忡R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61'后，各 個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63成 像，由位于傅立葉透鏡或成像透鏡63焦面上的光電探測器件62探測其光強分布，該光強 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)焦面上形成一個光斑陣列，整個光束孔徑被均勻分 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，各個局部傾斜平面波對其子孔徑內(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焦面的光斑位置偏移上。光電探測器件62接收到的光斑信號可通過計算機進行處理，采用質(zhì)心算法由公式①計算光斑的位置(x,，，探測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器件62上對應(yīng)的像素區(qū)域，入"是光電探測器件62上第(n，m)個像素接收到的信號，^自'^"m分別為第(n,m)個像素的x坐 標(biāo)和y坐標(biāo)。再根據(jù)公式②計算入射波前的波前斜率g"'g》<formula>formula see original document page 7</formula>
式中，(jc。,ye)為標(biāo)準(zhǔn)平面波標(biāo)定哈特曼傳感器獲得的光斑中心基準(zhǔn)位置；哈特曼傳感器探測波前畸變時，光斑中心偏移到(JC，Y,)，完成哈特曼波前傳感器對信號的檢測。
權(quán)利要求
1、透射式人工晶體波像差哈特曼測量儀，其特征在于主要包括光源、光束濾波系統(tǒng)、內(nèi)調(diào)焦裝置、孔徑分割元件、光電探測器和計算機，其中孔徑分割元件、光電探測器構(gòu)成哈特曼波前傳感器；由光源發(fā)出的光，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，穿過待測人工晶體，透射光波攜帶人工晶體像差信息進入內(nèi)調(diào)焦裝置，通過內(nèi)調(diào)焦裝置對人工晶體屈光度即離焦進行補償，補償后的光波被孔徑分割元件分割采樣并聚焦到光電探測器上形成光斑陣列，光電探測器將采集光斑數(shù)據(jù)送入計算機，經(jīng)計算機處理得到此時入射光波的像差大小，綜合內(nèi)調(diào)焦裝置記錄的調(diào)焦量大小得到待測人工晶體總的像差。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，其特征在于所述的內(nèi) 調(diào)焦裝置由兩個不同焦距的透鏡或反射鏡構(gòu)成的光束匹配望遠鏡構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，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，光電探測器 件位于微透鏡陣列焦面上；當(dāng)為微棱鏡陣列時，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l所述的透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，其特征在于所述的光 電探測器為成像相機，或位置敏感器陣列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，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所述的透射式人工晶體像差哈特曼測量儀，其特征在于所述的光 源為激光器、或半導(dǎo)體激光器、或超輻射半導(dǎo)體器件。
全文摘要
透射式人工晶體波像差哈特曼測量儀主要包括光源、光束濾波系統(tǒng)、內(nèi)調(diào)焦裝置、孔徑分割元件、光電探測器和計算機，其中孔徑分割元件、光電探測器構(gòu)成哈特曼波前傳感器；由光源發(fā)出的光，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，穿過待測人工晶體，透射光波攜帶人工晶體像差信息進入內(nèi)調(diào)焦裝置，通過內(nèi)調(diào)焦裝置對人工晶體屈光度進行補償，補償后的光波被孔徑分割元件分割采樣并聚焦到光電探測器上形成光斑陣列，采集光斑數(shù)據(jù)送入計算機，經(jīng)處理得到待測人工晶體總的像差。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，為眼科臨床人工晶體移植以及個性化人眼像差矯正人工晶體的加工和檢測提供方便、快捷和可靠的檢測。
文檔編號A61F9/00GK101278874SQ20071030451
公開日2008年10月8日 申請日期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 申請人:中國科學(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