CN101715315B - 用于眼科器械的相位调制设备，装配有该设备的眼科器械以及相关的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在眼科器械中实施的相位调制设备，所述眼科器械使用与眼睛(EYE)相互作用的主光束(FA)，所述设备包括：用于调制所述主光束(FA)的波前相位的装置(MD)；用于根据调制指令控制所述相位调制装置的装置；以及用于对所述主光束(FA)波前相位所实施的调制进行分析的装置。所述设备还包括：用于发出次光束(FC)的装置，用于沿着光学路径将所述次光束(FC)引导到调制装置之后再引导到波前分析装置的装置，所述光学路径通过眼睛。所述控制装置和接收调制的次光束(FC)的所述波前分析装置在被称为学习阶段的过程中相互作用，以将相位调制设备的响应数据提供给一组预定的调制指令。

Description

用于眼科器械的相位调制设备,装配有该设备的眼科器械以及相关的校准方法

技术领域

本发明涉及一种用于眼科器械的相位调制设备，该眼科器械使用与眼睛相互作用的光束。本发明还涉及一种实施这种设备的眼科器械以及用于这些眼科器械的校准方法。

本发明的领域更具体地涉及视觉校正模拟器和眼科成像设备，尤其是高分辨率视网膜成像设备。

背景技术

眼科器械，诸如用于视网膜成像或在视网膜上进行光学激光治疗的器械，通过穿过病人眼睛的各光学元件(角膜、晶状体等)的主光束操作，或者通过入射到眼睛上的光束(视网膜的光学治疗的情况)或者作为从眼睛发出的光束(视网膜成像的情况)进行操作。

在所有情况中，眼睛的不同光学元件的像差引起了主光束的波前像差，从而降低了光学器械的质量。由此，在视网膜成像的情况中，图像损失了分辨率，在眼睛的光学治疗的情况下，降低了激光在视网膜上的聚焦质量。

公知的是，将这些眼科器械与用于校正眼睛像差的系统组合到一起可以校正主光束的波前，即，可以将与获得器械最佳性能的预定形状最接近的可能形状赋给光束相位。

这种系统还能用在视觉模拟类型的眼科器械中，其目的是通过让病人“看”图像向其展示不同校正方案(校正透镜，隐形眼镜，屈光手术)的效果，入射到病人眼睛上的分析光束被校正用于眼睛像差和/或展示通过希望模拟的现象产生的光学效果。

如在专利申请FR 2 866 551中描述的这种用于校正像差的系统以标准的方式包括用于测量眼睛像差的Shack Hartmann型分析器的装置和用于调制主光束波前相位的光学设备，该光学设备是可变形镜或空间光调制器类型并且被控制用于根据所测量的眼睛像差校正波前。在这些系统中，根据所期望的主光束上的相位调制，计算光学调制设备的控制。

在视觉模拟器具工作在闭环中的情况下，通常面对的问题是需要将光引导至病人眼睛，这会导致刺眼且由此对模拟方法造成干扰以及产生眼部不舒适的感觉。

为了克服闭环中刺眼的问题，当然可以使用眼睛看不见的光谱范围内的入射光束，通常都在红外区，但是这样会产生对与像差测量(在红外光谱中实施)和视觉模拟(在可见光谱中实施)之间的明显波长差异相关的色差效应的依赖。还可以想象在开环(没有反馈)中操作调制装置。这种情况下，没有光被引导到病人眼睛中，但是因此，由于没有光从眼睛返回，也没有波前测量。这种方法具有调制装置不完整的缺陷(线性问题，滞后，温度飘移)。这些缺陷在调制中产生的错误没有通过反馈回路(闭环)补偿且由此使校正或模拟的结果变坏。

而且，进一步的问题在于，需要提供自适应光学方法的学习或校准阶段，其周期通常依赖于给定应用的精确度和稳定性要求。实际上，学习阶段通过使用假眼实施，受到以下限制：所述假眼必须据有非常高的光学质量并且需要在器械前面精细对准。

问题还在于克服光学系统自身的像差。事实上，在希望进行眼睛像差测量以实施校正或模拟的很多应用中，由于必须能够区分眼科系统的光学系统像差与由眼睛引起的像差，因此重要的是克服所使用的光学系统的像差。由于它们的温度依赖性，在其配置阶段实施的系统像差的单独测量通常不足以确保这些像差是否长时间(通常为几个月)已知。事实上，相移元件通常都是对其环境温度敏感的光学元件。由此，认识或者克服器具的光学系统的像差需要在其工作条件下进行测量。实际上，该测量必须以严格的规则实施，并且在现有技术的状态下需要使用假眼。

而且，可发现，当希望模拟相物镜时必须增加进一步的校正，诸如人工晶状体或者植入物。此处再次地，需要克服眼科模拟设备的像差。事实上，为了能够在没有眼科设备的光学系统像差的情况下在眼睛瞳孔中产生表示所期望的调制的相位调制，必须能够克服眼科设备的光学系统的像差。

本发明的目的在于，通过提出一种眼科设备克服这些问题，尽管在相位调制器上发生周围环境温度变化、非线性和滞后现象，但是在不需要频繁使用假眼，病人不会不舒服且在处于克服像差的最佳条件下，可容易地在该眼科设备中实施完全闭环的、还包括学习阶段的自适应光学方法。

发明内容

通过在眼科器械中实施的相位调制设备来实现述这个目的，眼科器械使用与眼睛相互作用的主光束，该设备包括：

-用于调制所述主光束的波前相位的装置，

-用于根据调制指令控制所述相位调制设备的装置，以及

-用于对所述主光束波前相位所实施的调制进行分析的装置。

根据本发明，该设备还包括：用于发出次光束的装置，用于沿着光学路径将次光束引导到调制装置之后再引导到分析装置的装置，该光学路径不通过眼睛，所述控制装置和接收调制的次光束的所述分析装置在被称为学习阶段的过程中协同工作，以将与所述相位调制设备的响应相关的数据提供给一组预定的调制指令。

由此提供了相位调制设备，从而可以在不需要照亮病人的眼睛或者使用假眼的情况下实施眼科器械的周期性校准。

应当注意，在根据本发明的相位调制设备中使用的次光束可从以这种方式装配的眼科器械内部或外部的光源发出。次光束可完全在眼科器械的内部，但是同样地该次光束的光学路径的一部分可在器械的外部。

在根据本发明的相位调制中，次光束沿着不通过被检查的眼睛的光学路径被引导。然而，在不超出本发明范围的情况下，该次光束例如源自分束器的一部分还可遵循其自身通过眼睛的另一光学路径。

在眼科器械的情况下，其中相位调制设备包括能够通过多个驱动器的作用而变形的镜子，控制装置和波前分析装置在学习阶段协同工作，以设置每个驱动器连续运转以及为每一个驱动器存储波前分析装置的响应。

根据本发明的相位调制设备还有利地包括用于调整被应用到调制装置的控制以减小调制指令与在次光束上实施的调制之间的差异的装置。

调制装置优选被设置成根据调制指令同时调制主光束的波前相位和次光束的波前相位。

在根据本发明的相位调制设备的用途的第一个范围内，对应于视觉模拟器械，所述视觉模拟器械还包括用于将目标图像投射到眼睛视网膜上的装置。源自该目标的光线能够有利地构成主光束。

调制装置被控制以在用主光束上模拟与眼睛相结合的静态校正，诸如屈光手术或者通过隐形眼镜、软焦点透镜组或者眼睛植入物实现的校正。

根据本发明相位调制设备的用途的第二个范围对应于高分辨率视网膜成像器械，所述视网膜成像器械还包括用于照亮眼睛视网膜的装置，用于检测从眼睛发出的光束和用于形成视网膜图像的装置，所发出的光束构成了主光束。

根据本发明相位调制设备的用途的第三个范围对应于用于眼睛视网膜的光学治疗器械，所述眼睛视网膜的光学治疗器械包括用于发出主光束的激光源，以及用于将主光束聚焦到眼睛视网膜的装置。

还可在测量眼睛像差的器械中使用根据本发明的相位调制设备，所述测量眼睛像差的器械包括用于测量能够对主光束产生干扰的眼睛像差的装置，以及用于根据所测量的眼睛像差的值计算调制指令的装置。

在这种器械中，用于测量眼睛像差的装置包括用于发出照明光束以在眼睛视网膜上形成次光源的装置，该次光源发出源自眼睛的光束；以及用于将该光束引导到用于测量该光束的波前相位的装置的装置。

根据本发明的眼科器械还可包括用于测量眼睛移动的装置，以及用于根据所测量的眼睛移动的值计算调制指令的装置。

这些用于测量眼睛移动的装置例如包括用于测量眼睛瞳孔相对于预定位置横向位移的装置，照亮眼睛瞳孔的装置，矩阵检测器和在检测器上形成眼睛瞳孔图像的透镜。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于校准眼科设备的方法，该眼科设备使用与眼睛相互作用的主光束，该方法包括：(i)通过相位调制设备对所述主光束的波前实施相位调制，以及(ii)通过相位分析装置对调制的所述波前相位进行分析。

该方法的特征在于，在被称为学习阶段的过程中，所述方法包括：

-发出次光束，所述次光束在经历所述相位调制之后经历所述相位分析，以及

-实施所述相位调制设备的一系列预定的控制，以及响应于所述调制控制存储相位分析数据，

所述次光束沿着光学路径被引导到所述调制装置和所述相位分析装置，所述光学路径不通过眼睛。

根据本发明的方法能够在包含相位调制装置的设备中实施，该相位调制装置包括通过多个驱动器驱动的可变形镜。所述一系列预定的控制包括用于连续开启每个驱动器移动的控制和用于为每个驱动器存储所述波前分析装置的响应的控制。

很明显可以看出，为了减少病人视觉上的不舒服，同时确保相位调制设备的有效控制，如FR2 866 551中所述，通过为眼睛像差的测量使用眼睛看不见并通常大于900纳米的红外波长的照明光源来改进控制方法。但是，由于眼睛的色差，如果主光束具有通常在可见光谱范围内的不同波长，则对于主光束，在红外范围内实施调制装置的控制未必是有效的。而且，由于眼睛的安全标准，因此使用与眼睛相互作用的次光束必须限制测量可用的通量。建议该测量以低的重现率或者通过具有减少数量的测量点的相位分析器实现。在两种情况下，都降低了控制质量。

因为在次光束的波长近似等于主光束的波长的优选情况下，特别是在调制装置包括液晶相位调制器的情况下，可以避免眼睛的色差问题和所使用的包括相位调制装置的光学元件组的色差问题，因此本发明提供了一种控制调制装置的巧妙方式。

优选地，次光束的波长近似等于主光束的波长。

根据本发明的校准方法在包括主光源和次光源的眼科器械中实施，其中主光源用于产生照亮眼睛视网膜的主光束，次光源用于产生次光束，该校准方法有利地包括：

-测量眼科器械的光学系统的像差的步骤，照亮视网膜的所述主光源被打开，

-在测量像差的步骤中确定眼睛瞳孔的位置的步骤，

-关闭照亮视网膜的主光源的步骤，

-开启用于产生次光束的次光源的步骤，该次光束在学习阶段中使用，以及

-将校正和/或模拟控制应用到相位调制装置的步骤。

这些步骤作为整体自动实施，从而实施根据本发明的方法的眼科器械的操作员能够从所述器械的自动化的、任意周期性的校准中获益。

根据本发明的校准方法还包括定像目标的实施，该定像目标例如是微显示器，在所述定像目标上可显示图像或视觉测试，提供该定像目标以给病人提供校正和/或模拟效果的主观测量。

在测量像差的步骤之前，该方法也可包括初始的学习阶段和克服眼科器械的光学系统像差的步骤。

克服光学系统像差的步骤例如包括控制相位调制装置，该步骤可根据一系列确定的指令，通过多个驱动器以可变形镜的方式实施，从而校正光学系统像差。

附图说明

通过阅读以非限制性方式描述的实施方式和实施例的详细描述和所附附图，本发明的其它优点和特征将变得显而易见：

-图1示出了根据本发明的相位调制设备，其中该相位调制设备被集成到视觉模拟器械中并且实施根据本发明的方法的步骤；

-图2示出了图1的视觉模拟器实施根据本发明的方法的其它步骤；

-图3示出了根据本发明的相位调制设备，其中该相位调制设备被集成到视网膜成像器械中并实施根据本发明的方法的步骤；

-图4示出了图3的成像设备实施根据本发明的方法的其它步骤；以及

-图5示出了在图1和2的视觉模拟器的学习阶段实施的光束。

为了简化图1至5，图中示出的每个光束都通过所述光束边缘上的两条光线粗略地表示。

优选实施例

首先，参考图1和2描述了根据本发明的相位调制设备，其中该相位调制设备被集成到视觉模拟器械中并且实施根据本发明的方法。

这种设备包括定像路径，该定像路径包括光源VF，当光源VF被照亮时，光源VF发出将被病人眼睛EYE看到的测试图像。该光源通常包括微显示器(OLED或LCD或MEMS技术)，可在该微显示器上显示不同的图像或视觉测试。测试图像由一组光线构成，这组光线形成了设备的主光束FA。主光束FA通过分束器C1，然后被引导至装置MD，装置MD用于调制主光束的波前相位。分束器C1与以下描述的所有其它分束器相同，通常包括半反射镜或分色镜。调制装置MD截取主光束FA。调制装置的前面是光学系统S1，光学系统S1被设置成使得当主光束FA被调制装置MD截取时主光束FA是平行光束。调制装置被连接到控制单元COM，控制单元COM自身被连接到处理装置TRT。这些控制装置COM和处理装置TRT通常包括计算机的中央处理单元或者简单的电子卡片。控制装置COM控制调制装置MD以允许主光束FA的波前相位被局部调整。处理装置根据调制指令计算控制，该调制指令对应于通过调制装置对主光束或者任何其它被这些装置截取的光束所实施的期望的调制。

光学调制装置MD包括可变形镜，该可变形镜包括可通过一组驱动器发生变形的反射表面，主光束入射到该反射表面上，并且该可变形镜基本上被定位在与眼睛瞳孔共轭的平面内，每一个驱动器由控制单元控制以调制主光束波前的局部相位。还可以使用空间光调制器(或SLM)，例如，通过液晶阀阵列制造的SLM。

在主光束FA的相位通过可变形镜校正之后，主光束FA继续其光学路径。主光束FA通过分束器LM0和LM1反射之后，通过透镜L1聚焦到眼睛视网膜上。在图1中通过两条点线示出了从光源VF到眼睛EYE视网膜的主光束FA光学路径。

该设备还包括用于发出测量光束FC的装置SI。当发出测量光束FC时，该测量光束通常通过位于调制装置MD与分束器LM0之间的主光束光学路径上的分束器LM2被引导至调制装置MD。分束器可以基本上重叠位于分束器LM2与分束器C1之间的次光束和主光束光学路径部分。调制装置MD截取次光束FC。分束器LM2的前面是光学系统S2，光学系统S2被设置成使得当次光束FC被调制装置MD截取时次光束FC是平行光束。因此调制装置被设置成根据调制指令局部校正或调制次光束FC的波前相位，该调制指令对应于被应用于调制装置MD的控制。

在次光束FC的相位通过可变形镜调制之后，次光束FC继续其光学路径。次光束FC通过光学系统S1，通过分束器C1的反射而与主光束FA的光学路径分离，然后通过透镜L2并且被引导至光学测量装置MA，光学测量装置MA被设置成用于在给定的测量平面PA内测量次光束的波前相位。测量装置MA(例如，Hartmann或者Shack-Hartmann类型的分析器)被连接至处理装置TRT，处理装置TRT以公知的方式建立次光束的相位制图。该制图的表示可被显示在屏幕SCR上。

次光束FC沿着光学路径被引导，从而次光束FC不与眼睛EYE相互作用。从发射装置SI到测量装置MA的次光束FC光学路径在图1中通过长双点划线示出。次光束FC的波长近似地等于主光束FA的波长，从而可以避免眼睛的色差和器械光学元件的色差问题，特别地可以避免相位调制装置MD的色差问题。对于眼睛可见的测试图像，次光束FC的波长和主光束FA的波长都在可见光的范围内，即，近似为400至700纳米，或者在近红外光的范围内。

处理装置TRT还可装配有用于测量通过调制装置MD对次光束实施的相位调制以及特别地用于比较对次光束实施的相位调制与调制指令的装置，所述指令对应于通过调制装置对该调制装置截取的任何光束实施的期望的调制。特别地，如果所实施的调制不同于调制指令，则处理装置TRT被连接至控制单元并且包括用于调整被应用到调制装置的控制的装置。优选地，实施调整以使调制指令与对次光束实施的调制之间的差异最小，优选地直到对次光束实施的调制等于或者至少近似等于调制指令。因此，用于调整控制的装置构成了反馈系统，将调制指令和通过调制装置对次光束实施的相位调制的测量作为输入值，以及将基于输入值计算的并被应用至调制装置的控制作为输出值。可通过处理装置计算调制装置在次光束上所实施的相位调制的测量，作为通过测量装置MA对次光束波前相位的测量与所发出的次光束的波前相位的、存储在处理装置中的值之间的差值。

处理装置TRT包括用于通过执行算法确定控制的装置，算法包括作为变量的调制指令。用于调整控制的装置包括用于对确定控制的装置进行校准并且特别地用于对在算法中使用的参数进行校准的装置，该参数例如是不以简单或线性方式依赖于调制指令的参数，或者是依赖于环境温度的参数。

参照图5，自适应光学环路的学习或校准阶段包括教导软件如何调制由每个驱动器或者驱动器的组合驱动的相位。该校准可被认为是系统的常量但是经验说明这是优选的，从而保持最佳性能，有规律地实施该学习阶段。

用于实施该学习阶段的一种简单但有效的可能方式实际上包括移动镜子，连续移动每个驱动器，以及为每个驱动器存储分析器的响应。

由此在该学习阶段结束时获得以下关系式：

MI.V＝P

其中，

MI是n(驱动器数量)列和m(所照亮的微透镜的数量x2)行

的矩阵。列i包含受驱动器i影响的局部斜度方面的信息。斜度可被任意地设置：首先，局部斜度x，之后局部斜度y。向量元素是子瞳孔下的局部斜度。V是用于控制可变形镜的电压向量，

P是在每个子瞳孔焦点处的斜度x和y的向量。

在该阶段结束的时候，可预测如果将控制V应用到镜子之后分析器可看到的内容。

对于校正需要相反的条件：希望根据所测量的斜度x和y的向量得出被应用到镜子上的控制。实际上，需要以下类型的关系：

V＝MC.P

注意，MC实际上是MI的逆矩阵。因此MC通过MI的数值逆变换获得。

在图1和2中示出的在根据本发明的视觉模拟器中实施的根据本发明方法的实施例包括以下步骤：

-根据调制指令控制调制装置，

-光源SI被打开，发出测量光束FC，

-根据调制指令通过调制装置MD调制次光束的波前相位，

-测量通过调制装置对次光束实施的相位调制，以及

-如果通过调制装置对次光束实施的相位调制近似等于调制指令，则保持被应用到调制装置的控制，或者

-如果通过调制装置对次光束实施的相位调制不同于调制指令，则调整被应用到调制装置的控制，包括对用于确定控制的装置进行校准。

由此根据本发明的方法的第一实施例可以在不需要使用假眼和不需要使用主光束FA的情况下校准根据本发明的设备。

在根据本发明并在图1中示出的模拟器中实施的根据本发明的方法的第二实施例包括以下步骤：

-根据调制指令控制调制装置，

-将被检查的眼睛定位到根据本发明的模拟器的输出处，

-发出测量光束FC，

-发出主光束FA，

-根据调制指令，通过调制装置MD调制次光束的波前相位，

-根据调制指令，调制与眼睛EYE相互作用的主光束FA的波前相位，主光束和测量光束的调制是同时发生的，

-测量通过调制装置对次光束实施的相位调制，以及

-如果通过调制装置对次光束实施的相位调制近似等于调制指令，则保持被应用到调制装置的控制，或者

-如果通过调制装置对次光束实施的相位调制不同于调制指令，则调整被应用到调制装置的控制。

对控制的调整可包括对用于确定控制的装置进行校准。实施控制的调整以减小调制指令与对次光束实施的相位调制之间的差异。由此，根据本发明的设备和方法可以验证，然后确保无论环境温度和调制指令如何变化，对次光束和对主光束实施的相位调制对应于调制指令。

处理装置包括用于生成调制指令的装置，从而调制装置通过根据调制指令调制主光束，在主光束上模拟与病人眼睛相结合的静态校正，诸如屈光手术，或者通过隐形眼镜、软焦点透镜组或眼植入物对眼睛像差的校正。

在根据本发明方法的第二实施例的变体中，使用者通过输入装置输入用于他希望模拟的校正的值，该值例如与用于眼睛的近视、散光或者相图的假定值相对应，该相图还包括更高阶的眼睛像差，例如，彗形像差、球形像差，三叶形像差。然后，生成装置生成调制指令。使用者与病人通过可视测试相互交流，通常是通过询问病人是否能清楚地看到投射到其眼睛视网膜上的测试图像。如果病人不能获得视觉测试的良好结果(即，如果他不能清楚地看到投射到他眼睛视网膜上的测试图像)，则使用者输入用于校正的新值，直到病人在测试中获得满意的结果。如果病人在视觉测试中获得了满意的结果(即，如果他清楚地看到了投射在他眼睛视网膜上的测试图像)，则使用者可由此得出所确定的校正值满足了眼睛像差的校正要求。由此根据本发明的装置可以模拟校正，例如为了模拟未来的个人眼睛角膜切除手术，或者为了产生适合于眼睛的校正透镜的设计。

为了改善校正模拟的质量，根据本发明的装置还包括用于测量可能对主光束产生干扰的眼睛像差的装置。用于测量像差的装置包括测量装置MA，照明光束FE的发射装置SRC和照明孔APT。当发射装置SRC打开时，发出的照明光束通过孔APT，然后通过透镜L3、分束器LM0，通过分束器LM1反射，通过透镜L1聚焦到眼睛视网膜上以形成发出漫射光束FD的点源。在图2中通过两个长点划线示出了照明光束FE的光学路径。

漫射光束FD从眼睛发出，之后通过照明光束的反向路径到达分束器LM0。该分束器反射漫射光束，然后漫射光束通过光学系统S1和分束器LM2。然后，漫射光束所经过的从分离器LM2到测量装置MA的光学路径与上面为次光束FC描述的光学路径相同。光学系统S1被设置成使得当漫射光束FD被调制装置MD截取时漫射光束FD是基本平行光束。调制装置被设置成根据调制指令局部调制漫射光束FD的波前相位。测量装置MA可在测量平面PA中测量由点源发出的漫射光束的波前相位。在图2中通过两条点线示出了从眼睛视网膜到测量装置MA的漫射光束FD光学路径。因而，像差的测量可用于主光束FA，漫射光束FD的波长和照明光束FE的波长接近于(在近似100纳米的范围内)主光束FA的波长或者优选地近似等于主光束FA的波长，且因此优选地位于可见光的范围内。

透镜L1位于与给定位置处的眼睛的眼轴对应的测量轴z的中心，且与透镜L2和L3相关联以提供眼睛瞳孔、照明孔APT的平面与测量装置MA的测量平面PA之间的光学共轭。

被连接到测量装置的处理装置TRT提供了从眼睛发出的波FD的相位制图并计算眼睛的像差。该制图的图示可显示在屏幕SCR上。眼睛像差的计算可以以标准方式实施，例如不需要通过调制装置调制漫射光束的相位(调制指令零)，以及通过分析漫射光束FD的相位制图。算出的像差被存储在处理装置TRT中。

优选地，眼睛像差的测量(在图2中具体通过光束FE和FD示出)在不存在测量光束FC和主光束FA的情况下实施。当实施根据本发明的方法的第二实施例(在图1中具体通过光束FA和FC示出)时，可以但不优选继续该像差的测量，以限制与眼睛相互作用的光束的数量。此外，优选地不同时使用测量光束FC和漫射光束FD，这是由于相位分析器MA优选地一次仅分析一个光束。由此，如果光源SI打开，则光源SRC必须优选地关闭，反之亦然。同时使用测量光束FC和漫射光束FD的方案是用分束器和通过第一和第二相位分析器替换相位分析器MA，分束器将次光束FC引导至第一相位分离器，将漫射光束FD引导至第二相位分析器，第一和第二相位分析器以与分析器MA相同的方式与处理装置TRT相互作用。然而，该方案在成本方面是不利的。

由此，在根据本发明方法的第二实施例的另一变体中，通过处理装置根据所测量和/或所存储的用于眼睛像差的值计算调制指令，优选用于补偿主光束上的像差效应。使用者通常通过输入装置调整调制指令，例如精细调整与病人眼睛相结合的静态校正的模拟。

然而，眼睛像差的补偿受到使眼睛像差以快速的变化频率(通常高于5Hz)变化的眼睛移动、横向移动(垂直于轴z)或眼轴转动的限制。根据本发明的设备因此优选包括如在文献FR 2 866 551中描述的用于测量眼睛移动的装置，该装置与用于测量眼睛像差的装置无关。处理装置TRT被设置成根据所测量的眼睛移动的值和所测量的眼睛像差的值计算调制指令。

用于测量眼睛移动的装置例如包括用于照亮眼睛瞳孔的装置(通常是不聚焦到眼睛瞳孔上的两个二极管DEL)、阵列检测器DET以及在检测器上形成眼睛瞳孔图像IMA的透镜L4。在将眼睛瞳孔的图像投射到检测器DET上之前，眼睛瞳孔的图像通过透镜L1和分束器LM1，透镜L1和L4被设置成使得眼睛瞳孔平面与检测器DET的平面共轭(如图1和2中连接眼睛EYE和检测器DET的实线形式的虚拟光束所示出的)。检测器被连接至处理装置TRT，处理装置TRT随着眼睛瞳孔的移动，测量眼睛瞳孔关于预定位置的横向位移。

用于测量眼睛移动的装置还可包括用于形成聚焦在眼睛瞳孔平面中的至少一条光束和用于在所述瞳孔上形成光点的装置(未示出)，该光点以与眼睛瞳孔相同的方式成像到检测器DET上，处理装置被设置成基于该光点关于瞳孔在检测器上的图像的相对位置，确定眼睛关于预定位置的转动。

模拟器还包括位于透镜L2与分束器C1之间的测量光阑DIA，测量光阑DIA位于在照明光束FE、漫射光束FD和次光束FC的光学路径上的不同光学元件的光轴z的中心。测量光束FC和漫射光束FD基本上聚焦在测量光阑DIA的中心，且照明孔APT偏离光轴z的中心，从而仅测量光束和漫射光束被测量装置MA截取，所有其他杂散光通量都偏离了测量装置MA。测量光阑可以特别地过滤通过眼睛角膜和在角膜与光阑DIA之间的任何其它屈光度反射的所有杂散光通量。

调制装置MD，测量装置MA，测量光束FC的发射装置SI和位于发射装置SI与测量装置MA之间的次光束路径上的所有光学装置，光源VF和位于光源VF与分束器LM1之间的主光束路径上的所有光学装置，照明光束FE的发射装置SRC和位于发射装置SRC与分束器LM1之间的照明光束路径上的所有光学装置都是一个整体并且被安装在可沿着透镜L1的光轴z移动的平台PTF1上，透镜L1的焦平面基本上位于眼睛瞳孔的平面上。平台PTF1可以在调整测试图像的图像在眼睛视网膜上的聚焦的同时保持眼睛瞳孔、照明孔APT平面与测量装置MA的测量平面PA之间的光学共轭。

应当注意，根据本发明的视觉模拟器能通过仅发送主光束到病人眼睛中来操作，同时通过次光束确保对主光束实施的相位调制对应于调制指令。由此，根据本发明的视觉模拟可以确保令人满意的视觉模拟精确度的同时减少病人视觉上的不舒服。通过发射装置SRC和/或二极管DEL照亮眼睛用于测量眼睛像差和/或移动，可以根据眼睛像差和/或移动计算指令，但是这仅是任选的。而且，考虑到眼睛像差长时间的固有稳定性，仅需要眼睛像差的一个测量，以使它们在使用根据本发明的装置进行眼科检查的过程中是已知的。由此，发射装置SRC可被关闭并且可根据所存储的像差值计算调制指令。

现在参照图3至4描述根据本发明的相位调制设备，该相位调制设备被集成到实施根据本发明的方法的视网膜成像器械中。视网膜成像器械是指允许视网膜可视化的任意类型的器械，而不管其操作方法如何。这例如可以是眼底照相系统、血管造影系统、扫描激光检眼镜(SLO)型、或者光学相干断层扫描(OTC)型器械。

因为根据本发明的视网膜成像器械不同于图1和2中示出的视觉模拟器，因此将描述该视网膜成像器械。特别地，测量装置MA，测量平面PA，透镜L1和L2，物镜L4，测量光阑DIA，分束器C1、LM0、LM1和LM2，光学系统S1和S2，相位调制设备MD，控制单元COM，处理装置TRT，屏幕SCR，次光束FC的发射装置SI，检测器DET，二极管DEL和眼睛EYE的设置和功能与在视觉模拟器的情况下是相同的。因此次光束FC的光学路径(图3中通过两个长双点划线表示)与在视觉模拟器的情况下是相同的。

主光束不再包括投射到眼睛视网膜上的图像。事实上，模拟器的光源VF由眼睛EYE视网膜的照明系统ECL替换，从而可以照亮需要图像的区域上方的视网膜。设置在器械输出处的检测器L接收主光束FA，主光束FA包括通过视网膜背散射和从眼睛发出的光束。视网膜图像形成于检测器L上，且在屏幕SCR上可见。从眼睛视网膜到检测器L的主光束FA光学路径在图3中通过两条粗线示出。包含在眼睛与分束器C1之间的主光束光学路径部分与图1和2中示出的视觉模拟器情况下的主光束光学路径相同。调制装置MD因此被设置成调制主光束的相位。

通过分束器LM0耦合至系统的定像路径可以固定其眼睛正在被分析的病人的注意力并且可以限制眼睛移动。该定像路径包括通过光源SF照亮的图像FIX和成像装置L5，成像装置L5确保图像与视网膜的光学共轭或者被调节成使得轻微近视散焦的人可看见图像从而模拟不适应的情况。

与视觉模拟器的情况相同，成像器械还包括用于测量眼睛像差的装置，该装置包括测量装置MA、照明光束FE的发射装置SRC、透镜L3和照明孔APT，被设置得略有不同但是具有与视觉模拟器情况下相同的功能。特别地，通过透镜L1，L2和L3的组合确保眼睛瞳孔、照明孔APT的平面与测量装置MA的测量平面PA之间的光学共轭。因此照明光束通过透镜L1聚焦在眼睛的视网膜上以形成发出漫射光束FD的点源。从发射装置SRC到眼睛视网膜的照明光束FE光学路径在图4中通过两条长点划线示出。通常，由于像差的测量需要以比在屏幕SCR上看到的视网膜图像更高的分辨率来映射眼睛视网膜，因此通过照明系统ECL照亮的视网膜区域比通过照明光束FE在视网膜上形成的光点的尺寸大十倍。

从眼睛视网膜到测量装置MA的漫射光束FD光学路径与视觉模拟器的情况下是相同的，且在图4中通过两条点线示出。

调制装置MD，测量装置MA，测量光束FC的发射装置SI以及位于发射装置SI与测量装置MA之间的次光束路径上的所有光学装置，光源SF和位于光源SF与分束器LM1之间的光学路径上的所有光学装置，照明光束FE的发射装置SRC以及位于发射装置SRC与分束器LM1之间的照明光束路径上的所有光学装置，照明系统ECL和检测器L都是一个整体并且被安装到可沿着透镜L1的光轴z移动的平台PTF1上，透镜L1的焦平面基本上在眼睛瞳孔平面内。平台PTF1可以调整主光束FA在检测器L上的聚焦的同时保持眼睛瞳孔、照明孔APT的平面与测量装置MA的测量平面PA之间的光学共轭。

根据本发明的方法的第一实施例可被应用于根据本发明的成像器械，特别地可以在不需要使用假眼也不需要主光束FA的情况下对确定控制的装置进行校准。

相似地，根据本发明方法的第二实施例可被应用到根据本发明的成像器械，以特别地确保对主光束实施的相位调制对应于调制指令。对于根据本发明的视觉模拟器，处理装置可对确定控制的装置进行校准，并且可根据在输入装置上输入的校准值和/或所测量或所存储的用于眼睛像差的值和/或所测量的眼睛移动的值来计算调制指令，优选地用于补偿主光束上的眼睛像差和/或眼睛移动。根据本发明的成像器械能通过仅通过照明装置ECL照亮病人眼睛来操作，同时通过次光束确保对主光束实施的相位调制对应于调制指令。通过发射装置SRC照亮眼睛用于测量眼睛像差，通过二极管DEL照亮眼睛用于测量眼睛移动和通过光源SF照亮眼睛，是优选的但也是任选的。而且，发射装置SRC可被关闭并且可根据所存储的像差值计算调制指令。

与视觉模拟器形成对比，上述的成像器械不能模拟眼睛的校正，但是可以确保对主光束的波前调制对应于调制指令，以将获得器械最佳性能的形状赋给主光束相位。

现在将公开根据本发明的用于模拟和/或校正的眼科器械的使用的实际过程：

步骤1：第一步骤涉及根据文献FR 2 866 551中所公开的标准像差测量方法，通过打开视网膜照明光源测量像差；

步骤2：在第二步骤中，在测量像差(步骤1)阶段中通过瞳孔跟踪照相机确定眼睛瞳孔的位置；

步骤3：接下来的步骤是关闭视网膜照明光源：对象在没有其它光源干扰的情况下看向目标；

步骤4：打开次光束源。该次光束在通过波前分析器之前通过可变形镜，因此可在控制可变形镜的闭环阶段中使用；

步骤5：接下来是在校正(或者模拟相图或者两者都有)的闭环中将校正应用于可变形镜。在该步骤中使用次光束，因此没有光被引导到病人的眼睛，因此病人可以舒适地看向目标。为了使其有效，校正(和/或模拟)必须“跟踪”病人眼睛瞳孔的移动。通过瞳孔跟踪系统测量瞳孔位移，且通过校正(和/或模拟)算法使用位移信息以在可变形镜的正确位置处产生所述校正(和/或模拟)。

步骤6：与步骤5同时，病人(和专业人员)可通过定像目标主观测量视觉上的校正或模拟效果，该定像目标可以是微显示器，-例如通过OLED(有机发光二极管)，LCD(液晶显示器)或MEMS(微机电系统)技术生产的-，在微显示器上可显示不同的图像或视觉测试(例如，视觉灵敏度的测试)。

还可提供与学习步骤对应的附加步骤0和与通过经过可变形镜且被分析器分析的次光束克服眼科器械的光学系统像差相对应的步骤0bis。这个克服步骤0bis可包括根据校正光学系统的所有像差的指令控制可变形镜。因而在上述步骤1中，分析器直接测量眼睛像差。

当然，本发明不限于刚刚描述的实施例，且在不超出本发明范围的前提下可对这些实例进行各种调整。

特别地，还可设想与图3和4中示出的成像器械相同的光学治疗器械的情况，但是在光学治疗器械中检测器L由激光源代替。在这种情况下，主光束包括通过激光源发出的光束并且所经过的光学路径与根据本发明的成像器械的主光束的光学路径相反。

而且，上述眼科器械的透镜L1，L2，L3等可由更复杂的成像装置代替，该成像装置例如包括透镜的组合。

Claims (27)

1.一种在眼科器械中实施的相位调制设备，所述眼科器械使用与眼睛(EYE)相互作用的主光束(FA)，所述设备包括：

-用于调制所述主光束(FA)的波前相位的相位调制装置(MD)，

-用于根据调制指令控制所述相位调制装置的控制装置，以及

-用于对所述主光束(FA)的波前相位实施的调制进行分析的波前分析装置，

特征在于，所述设备还包括：用于发出次光束(FC)的装置，用于沿着光学路径将所述次光束(FC)引导到所述相位调制装置之后再引导到所述波前分析装置的装置，所述光学路径不通过眼睛，所述控制装置和接收调制的次光束(FC)的所述波前分析装置在被称作学习阶段的过程中协同工作，以提供与所述相位调制装置对一组预定的调制指令做出的响应相关的数据。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述相位调制装置包括通过多个驱动器驱动的可变形镜，其特征在于，在学习阶段中，所述波前分析装置和所述控制装置协同工作，以设置每个驱动器连续运转以及为每个驱动器存储所述波前分析装置的响应。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：用于调整被应用到所述相位调制装置(MD)的控制以减小所述调制指令与对所述次光束(FC)实施的调制之间的差异的装置(TRT)。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述次光束(FC)被引导的光学路径在所述眼科器械的内部。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述次光束的波长近似等于所述主光束的波长。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述相位调制装置被设置成根据调制指令同时调制所述主光束的波前相位和所述次光束(FC)的波前相位。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于将目标(VF，FIX)的图像投射到眼睛视网膜上的装置(SF，FIX，VF)。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，源自所述目标的光线构成了主光束(FA)。

9.一种视觉模拟类型的眼科器械，包括根据权利要求7或8所述的相位调制设备，所述相位调制装置被控制以在主光束上模拟与眼睛相结合的静态校正或者通过隐形眼镜、软焦点透镜组或者眼植入物实现的校正。

10.一种视网膜成像器械，包括根据权利要求1至8中任一项所述的相位调制设备，还包括用于照亮眼睛视网膜的装置(ECL)，用于检测从眼睛发出的光束和用于形成视网膜图像的装置(L)，所发出的光束构成了主光束。

11.一种用于眼睛视网膜的光学治疗的器械，包括：根据权利要求1至8中任一项所述的相位调制设备，用于发出主光束的激光源(L)，以及用于将所述主光束聚焦到眼睛视网膜上的装置。

12.一种用于眼睛像差测量的器械，包括：根据权利要求1至8中任一项所述的相位调制设备，用于测量能够对主光束产生干扰的眼睛像差的装置，以及用于根据所测量的眼睛相差的值计算调制指令的装置。

13.根据权利要求12所述的器械，其特征在于，用于测量眼睛像差的装置包括：发出照明光束(FE)以在眼睛视网膜上形成次光源的发射装置(SRC)，所述次光源发出源自眼睛的光束(FM)；以及用于将所述光束引导到测量所述光束波前相位的装置(MA)的装置。

14.一种眼科器械，包括根据权利要求1至8中任一项所述的调制设备，其特征在于，所述眼科器械器械还包括用于测量眼睛移动的装置，以及用于根据所测量的眼睛移动的值计算调制指令的装置。

15.根据权利要求14所述的器械，其特征在于，用于测量眼睛移动的装置包括用于测量眼睛瞳孔相对于预定位置横向位移的装置。

16.根据权利要求14所述的器械，其特征在于，用于测量眼睛瞳孔移动的装置包括：照亮所述眼睛瞳孔的装置(DEL)，阵列检测器(DET)，以及在所述检测器上形成所述眼睛瞳孔的图像的物镜(L4)。

17.根据权利要求14所述的器械，其特征在于，所述用于测量眼睛移动的装置包括用于测量眼睛相对于预定位置转动的装置。

18.根据权利要求14所述的器械，其特征在于，所述用于测量眼睛移动的装置包括：阵列检测器(DET)，在所述检测器上形成眼睛瞳孔图像的物镜(L4)，用于形成基本上聚焦在眼睛瞳孔平面上的至少一个光束和用于在所述瞳孔上形成光点的装置，以及用于根据所述光点关于瞳孔图像的相对位置确定眼睛转动的装置。

19.一种用于校准眼科设备的方法，所述眼科设备使用与眼睛(EYE)相互作用的主光束(FA)，所述方法包括：(i)通过相位调制装置对所述主光束(FA)的波前实施相位调制，以及(ii)通过相位分析装置对所调制的所述波前相位(FA)实施分析，其特征在于，在被称作学习阶段的过程中，所述方法包括：

-发出次光束(FC)，所述次光束(FC)在经历所述相位调制之后经历相位分析，和

-对所述相位调制装置实施一系列预定的控制，以及存储响应于所述控制的相位分析数据，

以及，所述次光束(FC)沿着光学路径被引导到所述相位调制装置和所述相位分析装置，所述光学路径不通过眼睛。

20.根据权利要求19所述的方法，所述方法在包含所述相位调制装置的设备中实施，所述相位调制装置包括能通过多个驱动器的作用而变形的镜子，其特征在于，所述一系列预定的控制包括用于连续开启每个驱动器移动的控制和用于为每个驱动器存储所述波前分析装置的响应的控制。

21.根据权利要求19或20中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对被应用到所述相位调制装置(MD)上的控制进行调制，以减少所述调制指令与对所述次光束(FC)实施的调制之间的差异。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括沿着光学路径引导所述光束(FC)以使所述次光束不与眼睛相互作用。

23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括同时调制所述主光束的波前相位和所述次光束的波前相位。

24.根据权利要求19所述的方法，所述方法在包括主光源和次光源的眼科器械中实施，所述主光源用于产生照亮眼睛视网膜的主光束，所述次光源用于产生次光束，其特征在于，所述方法还包括：

-测量所述眼科器械的光学系统的像差的步骤，照亮视网膜的所述主光源被打开，

-在测量所述像差的所述步骤中确定眼睛瞳孔位置的步骤，

-关闭照亮视网膜的所述主光源的步骤，

-开启用于产生所述次光束的所述次光源的步骤，所述次光束在学习阶段中被使用，以及

-将校正和/或模拟控制应用到所述相位调制装置的步骤。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括实施定像目标，在所述定像目标上能够显示视觉测试或图像，提供所述定像目标以给病人提供校正和/或模拟效果的主观测量。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，在测量所述像差的步骤之前，所述方法还包括初始的学习步骤和克服所述眼科器械的所述光学系统的像差的步骤。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，克服所述光学系统的像差的步骤包括根据确定的指令控制所述相位调制装置，以校正所述光学系统的像差。

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