CN103415243A - 用于测量物体的光学特性的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于测量物体（具体地，例如眼睛）的光学特性的设备包括用于检查由所述物体产生的波前像差的波前传感器和光学相干层析装置，使得所述物体的波前像差和结构能够被检查。为此，宽带激光器辐射源（12）被提供用于OCT。参考光束使用回射器（32）被产生，并且分束器（18）用作既用于波前确定又用于OCT的光学部件。

Description

用于测量物体的光学特性的设备

技术领域

本发明涉及一种用于测量物体的光学特性的设备。

在本发明的应用中，具体地，人眼当作待检查的物体被考虑进来。在下文中，将围绕眼睛的光学特性的测量来对本发明进行阐述。

背景技术

眼睛的光学特性的检查是屈光手术（即，为了改变眼睛的屈光力以便治愈或减轻视觉障碍，而针对眼睛的手术干预）的基础。这种类型的一种众所周知的眼科干预是LASIK。在这种情况下，角膜组织通过激光辐射以目标方式被切除，以便改善眼睛的成像特性。已经变得明显的是：改善病人的视觉敏锐度所需要的切除术材料能够利用所谓的射线跟踪在具有良好结果的情况下被确定。在射线跟踪（即，穿过眼睛的射线路径的数学上的回溯）的情况下，最佳的切除轮廓（即，针对角膜组织的切除术的预设）通过射线轨迹的最优化被计算出。为此需要针对眼睛进行大量的测量；具体地，由波前、角膜的外表面和内表面的形貌、晶状体的外表面和内表面以及眼睛的光程所组成的参数必须被确定，以便获得针对病人在屈光手术后的视觉敏锐度的良好效果。

发明内容

本发明的一个根本目的是获得一种利用其能够迅速并且全面地确定出物体（具体地，例如眼睛）的光学特性的设备。

为了该目的，本发明提供了一种设备，该设备中集成有波前传感器和光学相干层析装置。本发明意义上的“光学相干层析装置”被理解为一种用于光学相干层析技术的设备。

波前传感器本身是现有技术中已知的；具体地，所述波前传感器是根据Tscherning原理、Hartmann-Shack原理或者曲率传感器原理来工作的。

用于光学相干层析技术（OCT）的仪器本身也是已知的，对于OCT，使用不同的方法来实现是可能的；具体地，在时域OCT和频域OCT之间加以区别。

具体地，本发明的一个根本发现是：波前传感器和光学相干层析装置能够以非常有利的方式被相互结合，由此，不仅既用于波前确定又用于光学相干层析技术的仪器部件能够被共同地使用，而且同时上述的多个用于射线跟踪所需的参数也能够在高精度的情况下被非常迅速地确定，而不需要病人必须面对不同的测量系统。使用OCT，具体地能够在眼睛上和眼睛内实现长度的确定。

此外，本发明的一个根本发现是：借助于上述的波前确定和光学相干层析技术的集成，待检查物体的多个以最佳方式相互补充的光学参数能够被获得，尤其针对前述的射线跟踪，这些光学参数所需的所有决定因素能够实际上在单个测量流程中被查明。术语“测量”在这里既包含尺寸的定量确定又包含尺寸的相对测定。

本发明能够采用一个且同一个共用辐射源既用于波前传感器又用于光学相干层析装置。

本发明的另一个变型提供了所述设备的光学部件既被用于波前传感器的辐射束，又被用于光学相干层析装置的辐射束。这不仅降低了仪器的复杂性，而且便于对齐，并且提高测量的精度和两个系统所需的测量结果的兼容性。

优选地，适用于光学相干层析技术的宽带激光器、宽带LED或者超发光二极管被当作共用辐射源使用。

附图说明

在下文中，将基于附图对本发明的实施例进行更详细的阐述。

图1为了阐述的目的示意性地示出了一种根据Tscherning原理的波前传感器；

图2示出了一种设备，该设备中集成有根据Tscherning原理的波前传感器和用于光学相干层析技术的装置；

图3示出了根据图2的设备的一种修改，具有两个检测器系统；

图4为了阐述的目的示意性地示出了一种根据Hartmann-Shack原理的波前传感器；

图5示出了一种设备，该设备中集成有根据Hartmann-Shack原理的波前传感器和用于光学相干层析技术的装置；以及

图6示出了一种设备，该设备中集成有根据曲率传感器原理的波前传感器和用于光学相干层析技术的装置。

具体实施方式

根据Tscherning的波前传感器对于本领域技术人员是众所周知的。根据图1，由眼睛10组成的整个光学系统的光学特性能够使用这样的波前传感器来确定。通常在这一点上，由激光器12’产生的辐射14’经由多孔障板16被分离成多条部分光束，所述多条部分光束平行地撞击眼睛10并且在眼睛的视网膜20上产生对应于所述部分光束的单个点形式的图像24。在该过程中，辐射穿过分束器18’。在所述分束器的表面上反射并且不再被使用的辐射达到束阱（beamtrap）22。

在视网膜20上产生的点图案形式的图像被包含在来自眼睛10的辐射25中，并且经由分束器18（图1，辐射26’）和成像光学器件28被投射到照相机30’中。根据单个点的位置与设置的位置值的偏差，眼睛的光学成像误差以一种本身已知的方式被确定。

图2示出了光学相干层析装置与根据图1的波前传感器的根据本发明的集成。以OCT能够使用它被实施的方式所设计的光谱宽带激光源目前用作辐射源。使用分束器18，以部分光束（其在图2中被向上偏转）的形式产生OCT所需的参考光束。该部分光束被扩大到从眼睛出来的光束的直径。如果OCT根据时域过程被实施，则必须改变参考光束的光学路径长度。这能够例如通过回射器32的受控的机械运动或者例如通过使用路径长度变换器（例如，旋转棱镜、反光镜或类似物）来实现。

来自眼睛10的辐射25在图2中经由分束器18沿着箭头26的方向被向下偏转，并且经由光学器件28达到检测器30。来自回射器32的光束还穿过分束器18并且到作为参考光束达检测器30。在该检测器系统30中，参考光束和来自眼睛的测量光束被叠加。参考光束产生一个背景，并且来自眼睛的反射被叠加在该背景上。如果参考光束和反射是不相干的，则在检测器30中产生的图像能够以常规的方式被评估出来。如果参考光束和反射之间的光学路径长度的差值很小，则相叠加的光束是相干的，并且在检测器中出现干涉现象，以一种对于光学相干层析技术而言本身已知的方式被评估出来。

同样地，在本发明的该实施例中，上述的来自眼睛10的点图案能够使用检测器30被记录下来，并且根据Tscherning原理以一种本身已知的方式被评估出来，以便确定由眼睛组成的光学系统所产生的波前像差。

当作检测器30，可以使用已知用于该目的照相机，但是对于短的测量时间，应该提供快速检测器，例如高速照相机、具有单独分配的前置放大器的光二极管、或者其他的检测器阵列。

如果OCT根据所谓的傅里叶域被实施，则已知用于该目的的检测器阵列可以与色散元件（棱镜、光栅）相结合被使用。

图3示出了根据图2的设备的一种修改，以便除了检测器30以外，使用其他的高速检测器40。分束器36结合从来自眼睛的辐射25分离出的部分辐射，并且所述部分辐射经由光学器件38到达用于OCT的实施的高速检测器40。代替分束器，也可以提供可折叠的反射镜。使用一方面用于确定波前像差的并且另一方面用于OCT的不同的检测器，以导向的方式获得针对波前测量的高的二维局部的分辨率是可能的，然而针对光学相干层析技术，使用适于该目的的检测器快速评估信号变得可能。

图4示意性地示出了一种根据Hartmann-Shack原理工作的波前传感器。在所有的图中，相互对应的部件或者功能上相似的部件具有相同的附图标记。在Hartmann-Shack原理的情况下，眼睛10的视网膜20使用来自激光器12’的点状的激光束14’被照射。视网膜20上散射的光以明显更宽的辐射束的形式从眼睛10显现出来。该辐射束42在图4中通过分束器18向下（箭头44）偏转，并且然后经由透镜阵列46被分解成部分光束，所述部分光束被聚焦在CCD检测器50上。图像是点图案。在波前没有像差的情况下，设定的点图案出现在检测器上。如果真实的眼睛被测量，则通常图像中的点不是正好位于设定的点图案的位置处。根据这些成像的点与这些固定的点的偏差，以一种本身已知的方式确定出波前的曲率，并且然后根据该曲率，推测出眼睛的光学特性。

图5示出了光学相干层析装置与根据图4的波前传感器的一种联接。为此，光谱宽带激光辐射源12作为共用辐射源被用于该波前传感器和该光学相干层析装置。OCT所需的参考光束使用分束器18被产生（图5，附图标记54）。回射器32使在其上反射的参考光束变宽。下面进一步更详细描述的反射镜阵列或者可变形反射镜56被布置在参考光束的光束路径中。

正如根据图2和图3的实施例的情况一样，路径长度的改变例如能够使用路径长度变换器34或者通过回射器32的机械运动（在时域的情况下）得以实现。

透镜阵列46将来自眼睛的辐射58进行分离并且在检测器50中产生单个的点。OCT所需的参考光束由平面形波前产生并且因此撞击到该检测器的其他点上，使得这些光束之间不产生干涉。为了能够产生干涉，提供前述的反射镜阵列或可变形反射镜56。例如，反射镜以可单独寻址的单个反射镜的阵列（MEMS）的形式被装配是已知的，或者可变形反射镜能够控制辐射也是已知的。反射镜阵列或可变形反射镜56以这样的方式被控制：对于干涉所必需的测量光束和参考光束的叠加发生在检测器50上。

对应于上述的根据图3的实施例，同样在根据图5的设备的情况下，部分辐射能够借助于分束器36被导向到第二检测器系统50’上。前述的检测器在这里当作检测器系统同样被考虑进来。

图6示出了本发明的另一个变型，在该变型中，本身已知的曲率传感器原理被用于波前传感器。这里（正如在上述的实施例中一样），LED或SLD（超发光二极管）可以当作辐射源被使用。平行的光束14被产生并且被引导至视网膜上。视网膜上向后散射的光以更宽的辐射束的形式由眼睛产生。在所示的曲率传感器的该实施例中，辐射束在穿过聚焦光学器件28之后撞击到分束器60上。由分束器60透射的光直接地撞击到照相机的检测器装置上。分束器60上反射的光经由反射镜62上的进一步偏转并且因此经由更长的光学路径以暂时偏移的方式被导向到照相机上。优选地，由分束器60透射的辐射的光学路径比聚焦光学器件的后焦距短。对于经由反射镜62偏转的反射的辐射部分，光学路径长度优选地比所述后焦距长，这也在图6中被示意性地表示出。然后，波前能够根据两个记录的强度的点到点的对比以一种本身已知的方式被确定。此外，图6示出了具有上面已经阐述的由回射器32和用于参考光束的路径长度变换器34（也称为参考臂）组成的部件的光学相干层析装置的指示。在该实施例中，宽带激光器12充当用于OCT的辐射源。分束器64结合从来自眼睛10的辐射分离出的辐射部分68，并且这些辐射部分经由光学器件72被投射到用于OCT的高速检测器70中。正如在上面的示例中一样，在该实施例中，时域同样被用于OCT，并且基于其他实施例的上述修改在这里同样类似地被使用。

使用已经被描述的设备，物体的光学特性的测定是可能的，所述设备不仅用于关于眼睛的屈光手术，而且可以用于眼内晶状体的计算、用于白内障诊断、眼底检查以及用于折射计的构造。

附图标记的清单

10   眼睛

12’ 激光器

12   辐射源（宽带）

14   射出的光束

16   多孔障板

18   分束器

20   视网膜

22   束阱

24   图像

25   辐射（测量臂）

26   辐射

28   光学器件

30’ 照相机

30   检测器

32   回射器

34   路径长度变换器

36   分束器

38   光学器件

40   高速检测器

42   辐射

44   辐射

46   透镜阵列

46’ 透镜阵列

50   CCD检测器

52   点图像

54   辐射

56   反射镜阵列/可变形反射镜

58   辐射

60   分束器

62   反射镜

64   分束器

66   辐射

68   辐射

70   高速检测器/OCT

72   光学器件

Claims (11)

1.一种用于测量物体（10）的光学特性的设备，包括：波前传感器，所述波前传感器具有辐射源（12）、用于将来自所述辐射源（12）的辐射（25）以所述辐射透射所述物体的方式导向到所述物体（10）上的装置（16、18）以及用于检测来自所述物体的辐射以便检测出由所述物体产生的波前像差的检测器（30；50），其特征在于，

光学相干层析装置，其具有辐射源（12）、用于将辐射测量臂（25）从所述辐射源导向到所述物体上的装置（18）以及用于检测从所述物体反射的辐射（26；58）的检测器（30；50）。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述波前传感器和所述光学相干层析装置具有同一个共用辐射源（12）。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述波前传感器的所述用于导向辐射的装置和所述光学相干层析装置的所述用于将所述辐射测量臂导向到所述物体上的装置是至少部分相同的。

4.根据权利要求2或3中的一项所述的设备，其特征在于，所述共用辐射源（12）是适用于光学相干层析技术的宽带激光器、或者宽带LED、或者超发光二极管、或者超连续光源。

5.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其特征在于，所述物体（10）是眼睛。

6.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其特征在于，所述波前传感器是Tscherning像差仪。

7.根据权利要求1至5中的一项所述的设备，其特征在于，所述波前传感器是Hartmann-Shack传感器。

8.根据权利要求1至5中的一项所述的设备，其特征在于，所述波前传感器是曲率传感器。

9.根据权利要求1至5中的一项所述的设备，其特征在于，所述波前传感器是数字式波前传感器，特别是数字式波前照相机。

10.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其特征在于，所述光学相干层析装置已经特别地适用于地形测量或长度测量。

11.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其特征在于，所述波前传感器和所述光学相干层析装置使用部分相同的射线束。

Images