CN103596488B - 紧凑的波前传感器模块及其与眼科仪器的附连或集成 - Google Patents
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Abstract
所公开的一个实施例是一种紧凑的波前传感器模块，其与用于眼睛检查和/或视力矫正过程的眼科仪器相附连或集成。用于将波前从眼睛中继到波前采样平面的前透镜被定位在波前传感器模块的光学输入端口处。前透镜被波前传感器和眼科仪器共用，且波前传感器模块可被制作得非常紧凑同时仍然能够覆盖很大的眼睛波前测量屈光度范围。所公开的另一个实施例是一种用于测量受试者眼睛的性质的眼科设备，其包括与波前传感器模块相集成的眼科仪器。
Description
技术领域
本发明的一个或多个实施例一般涉及眼科波前传感器，尤其涉及波前传感器模块及其与用于视力矫正外科手术的眼科仪器的附连或集成。
发明背景
在背景部分讨论的主题不应仅仅由于其在背景部分中提到而被假定为现有技术。类似地，背景部分中提到的问题或与背景部分的主题相关联的问题不应被假定先前已被现有技术所认识到。背景部分中的主题仅仅表示了不同的方法，它们自身也可能是发明创造。
用于眼科应用的波前传感器通常是庞大且独立的台式仪器。尽管已尝试将波前传感器与诸如LASIK系统（参见例如US6685319）、眼底相机（参见例如US6572230）以及共焦激光扫描检眼镜（参见例如US7057806）之类的眼科仪器集成，但是这些集成系统通常不具有重要的尺寸问题。因此，不需要使波前传感器模块非常紧凑。
附图说明
图1示出典型的4-F光学波前中继配置。
图2示出在外科显微镜的物镜孔之下附连至该显微镜的波前传感器模块的现有技术光学配置。
图3示出本发明的示例实施例的示意图，其中4-F波前中继的第一透镜被设置为在波前传感器模块的光输入端口处的前透镜并且被显微镜共用。
图4示出本发明的替换示例实施例，其中显微镜的物镜被移除并且它的聚焦功能完全或部分地由设置于波前传感器模块的输入端口处的共用的前透镜提供。
图5示出本发明的另一替换示例实施例，其中波前传感器模块被并入到显微镜主体中并且显微镜的观看路径被修改。
图6是描绘图5的示例实施例的实体工程图。
示例实施例的描述
概览
现在将详细参看本发明的各实施例。在相应附图中示出这些实施例的示例。尽管将结合这些实施例来描述本发明，但是可理解的是并不意在将本发明限制在任何实施例中。相反，旨在覆盖可包括在如所附权利要求定义的本发明精神和范围内的选择、修改和等价方案。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对各种实施例的透彻理解。然而，在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下，也可实施本发明。在其他情况下，众所周知的处理操作并未进行详细描述以免不必要地混淆本发明。进一步，在说明书中各处的每一次出现短语“示例实施例”并不一定涉及相同的示例实施例。
本发明的一个实施例是紧凑的波前传感器模块，其与诸如用于眼睛检查和/或视力矫正手术的外科显微镜之类的眼科仪器相附连或集成，包括：前透镜，作为波前中继的第一透镜，其被设置在波前感测模块的光输入端口处；二向色或短传分束器/合束器，其被配置成允许欲用于眼科仪器的大部分光通过且将来自眼睛的典型近红外波前光束反射到波前中继路径；以及补偿透镜，其被配置成透射欲用于眼科仪器的光的光谱和/或补偿对眼科仪器的光视野带来的影响和/或对前透镜所引入的光束带来的影响；其中前透镜被波前传感器模块和眼科仪器共用。
本发明的另一个实施例是用于测量眼睛的光学性质的眼科设备，包括：带有或不带有其原始物镜的眼科仪器，以及被配置成与眼科仪器附连或集成的紧凑的波前传感器，其中波前传感器包括：前透镜，作为波前中继的第一透镜，其被设置在波前感测模块的光输入端口处；以及分束器，其被配置成允许欲用于眼科仪器的大部分光通过且将来自眼睛的典型近红外波前光束反射到波前中继路径；其中前透镜被波前传感器模块和眼科仪器共用。
本发明的一个目的是使波前传感器模块比现有设计更加紧凑。本发明的另一个目的是覆盖诸如白内障屈光视力矫正手术之类的眼科手术所需要的很大的波前屈光度测量范围。通过将波前传感器的第一中继透镜安排为实际可行地靠近患者眼睛同时仍然允许外科医生进行诸如通常在工效因素没有任何变化的情况下所完成的视力矫正和/或屈光外科手术之类的眼科手术。
一旦结合附图查阅了优选实施例的下述详细描述，对于本领域技术人员而言，本发明的其他特征与优势将变得更加显而易见。
描述
根据一个或多个示例实施例，用于将波前从患者眼睛中继到波前采样平面的第一透镜被设置在波前传感器模块或眼科仪器的光输入端口处作为共用的前透镜。该配置允许用于将波前从眼睛中继到波前采样平面的总光程长度相对较短且允许用于覆盖期望波前屈光度测量范围的波前光束宽度变化范围也相对较小。因此，可使波前传感器模块的物理尺寸或形状因子非常紧凑，同时仍可覆盖期望的波前测量屈光度范围。
近年来，已认识到需要实时波前传感器为诸如LRI/AK精细化、激光增强以及白内障和屈光手术之类的各种视力矫正过程提供现场反馈。将波前传感器集成到诸如外科显微镜之类的现有眼科仪器的简单方法是紧邻眼科仪器的物镜来附连或集成波前传感器模块或者将波前传感器集成到眼科仪器内部。通常，为了使波前传感器模块对眼科仪器的观看光程的影响最小化，以及为了使附连/集成复杂性最小化，将这种波前传感器模块设计为在波前传感器和眼科仪器之间不共用透镜（参见例如US7883505）。
然而，这种波前传感器模块可遭受有限的屈光度测量范围和/或光能损失或较低的信噪比性能。另外，如果波前传感器模块的物理尺寸太大，则它可干扰视力矫正手术的正常操作技术。
鉴于以上，本领域中需要一种紧凑的波前传感器模块，当该模块与诸如外科显微镜之类的眼科仪器附连或集成时将不会干扰外科医生的正常视力矫正操作技术或工效因素，并且同时将提供足够大以覆盖在手术或眼睛检查时发生的视力矫正过程所要求的需要的屈光度测量范围。
为了认识到将第一波前中继透镜安排为实际可行地靠近患者眼睛的优点，让我们首先看看如图1所示的示例4-F光学波前中继配置，其中为了简单解释起见而展开波前光束路径。
在用于测量人眼的波像差的典型波前传感器中，来自受试者眼睛瞳孔或角膜平面的波前通常被中继到使用公知的4-F中继原理一次、两次或多次的波前感测或采样平面（参见例如，J.Liang等人(1994)“Objective measurement of the wave aberrations of thehuman eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor（利用Hartmann-Shack波前传感器对人眼的波像差的物镜测量）”，J.Opt.Soc.Am.A11,1949-1957；J.J.Widiker等人（2006）“High-speed Shack-Hartmann wavefront sensor design withcommercial off-the-shelf optics（具有商业现成光学装置的高速Shack-Hartmann波前传感器设计）”，Applied Optics（应用光学）,45(2),383-395；US7654672）。这种4-F中继系统将保存入射波前的相位信息同时允许其被中继而不具有有害的传播效应。另外，通过配置利用具有不同焦距的两个透镜以实现4-F中继的无焦成像系统，中继可允许伴随着入射波前的发散或会聚的关联缩小或放大的入射波前的放大或缩小（参见例如，J.W.Goodman的Introduction to Fourier Optics（傅里叶光学介绍）第二版，McGraw-Hill，1996）。
在图1的示例中，4-F中继的第一透镜具有40mm的直径和200mm的有效焦距，该焦距是标准眼科外科显微镜的典型焦距（或工作距离）。眼睛被定位在4-F波前中继的第一透镜的前焦面处或附近。4-F波前中继的傅里叶变换平面A位于4-F波前中继的第一透镜的后焦面和第二透镜的前焦面处，如由大写字母A所表示的垂直虚线所示。在该示例中，4-F波前中继的第二透镜具有30mm的直径和80mm的有效焦距。4-F波前中继的经中继的波前图像平面位于第二透镜的后焦面处，如由大写字母B所表示的垂直虚线所示。由于在4-F波前中继配置中使用的两个透镜的有效焦距的差异，来自眼睛的入射波前的复制品或像在横向尺寸上光学地缩小200/80=2.5倍，如本领域技术人员所公知的。
如从图1可见，当眼睛是正视眼且因而来自眼睛的波前接近于平面时，来自眼睛的光束是相对较窄且平行的光束，如实线光线所表示的。如果眼睛瞳孔具有例如5mm的直径，则光束的直径将为约5mm。精确的光束形状还依赖于视网膜上的光散射斑点大小，该光散射斑点大小是被传递到眼睛以产生波前的光束（通常为超发光二极管（SLD）光束，其在图1中未示出）的函数。在穿过4-F波前中继的第一透镜之后，来自眼睛的波前光束将被聚焦在第一傅里叶变换平面A处的光轴上，在此处它将从会聚光束变换到发散光束。光束被4-F波前中继的第二透镜重新准直，且光束直径由于在4-F波前中继中使用的两个透镜的有效焦距的差异而将被减小到2mm。
如果眼睛是无晶状体或者高度远视或高度近视的，则来自眼睛的波前将不再是平面的而是非常发散或会聚的。换言之，来自眼睛的光束将不再是相对平行的光束；相反，它将是高度发散或高度会聚的锥形光束。对于典型的白内障屈光外科应用，应被外科手术进行时所采用的波前传感器覆盖的期望的屈光度范围应当是从远视的+30D到近视的-20D（我们将来自眼睛的发散波前限定为具有正屈光度值且将来自眼睛的会聚波前限定为具有负屈光度值）。
图1中的较短虚线的光线示出具有+30D的屈光度值的发散波前的情况，其表示正常的无晶状体（具有+20D的典型远视屈光度值）加上附加的角膜引起的远视+10D。可见，当来自眼睛的发散锥形光束（由较短虚线的光线所表示）传播到第一透镜时，它将被第一透镜拦截且从高度发散的光束改变为稍微会聚的光束。实际上，如果眼睛瞳孔的直径为5mm且来自眼睛的波前具有+30D的远视屈光度值，则这相当于在自由空间中来自位于眼睛瞳孔平面后面33.3mm处或远离4-F波前中继的第一透镜233.3mm处的点光源的发散光束。该高度发散的锥形光束受到离点光源位置33.3mm处的5mm眼睛瞳孔的限制以形成高度发散的锥形光束，该高度发散的锥形光束在到达4-F波前中继的第一透镜位置时的直径将为35mm。当光束到达傅里叶变换平面A时，光束宽度的直径将为30mm。当光束到达第二透镜时，光束宽度将为28mm。
图1中的较长虚线的光线示出-20D的高度近视波前光束，即来自眼睛的高度会聚锥形光束，该光束将在离开眼睛50mm的距离处会聚到一点并且变换到高度发散的锥形光束，如较长虚线的光线所表示。由于该-20D波前光束在大多数波前中继光束路径中（除了波前采样平面的末端附近）比+30D光束要窄，因此正是+30D光束确定了拦截整个光锥所需的透镜的直径。
应注意，除了球形屈光不正或散焦，眼睛的其它光学像差（诸如散光、彗差和三叶草像差）将导致从眼睛出来的光束不再是锥形的，但是最大光束宽度将仍由眼睛瞳孔尺寸和某子午面上的极限或累积屈光度值来确定。
根据以上讨论，可以看到给定眼睛瞳孔尺寸和要覆盖的屈光度范围，可以确定光束锥角变化范围。为了获得高分辨率测量，期望利用第一透镜捕捉从眼睛返回的所有的波前光。因此，取决于第一透镜距离眼睛多远，该光束锥角变化范围将确定第一透镜的直径。另外，从眼睛到第一透镜的距离还将根据4-F波前中继的要求而确定第一透镜的焦距，并且因此将进而影响4-F波前中继的总光程长度。
图2示出附连至外科显微镜的波前传感器模块的光学配置的示例（参见例如US7883505）。与外科显微镜相关联的可见光源发出了照射患者眼睛的可见光，且一显微镜观看光束从患者眼睛返回至外科显微镜的物镜。SLD光束利用近红外（NIR）光也照射患者眼睛，且波前感测光束从患者眼睛返回至波前传感器的检测器。
在该配置中，用于中继波前光束的第一透镜被安排在输入光学窗口和分束器/合束器以及偏振分束器（PBS）之后，该分束器/合束器透射上述显微镜观看光束并使波前感测光束偏转到一旁，该偏振分束器（PBS）用于将s偏振的超发光二极管（SLD）光束反射到眼睛并将p偏振的波前光束从眼睛透射到波前传感器的剩余部分。4-F中继的第一透镜被垂直定向在波前传感器外壳的内部。第一透镜的定向要求波前传感器外壳的高度（厚度）大于第一透镜的直径。
如果眼科外科显微镜的工作距离与显微镜的物镜的焦距相同且约为200mm，如我们在图1中已讨论的，那么同样考虑到PBS的存在，第一透镜将远离眼睛约250mm（从眼睛到分束器/合束器的距离被加到从分束器/合束器到第一透镜的距离）。假定在4-F波前中继的第一透镜焦距和第二透镜焦距之间维持同一比率2.5，那么第二透镜需要具有100mm的焦距。因此，总波前中继路径长度将为(250x2+100x2)=700mm。
另外，当来自5mm眼睛瞳孔的+30D远视波前光束到达第一透镜时，其光束宽度由于离眼睛的距离增大（250mm代替200mm）而将为42.5mm，因此需要具有至少42.5mm直径的透镜来拦截由眼睛发射的整个光锥。给定第一透镜被垂直放置（这意味着需要额外的垂直空间来安装该透镜）以及考虑到85%的通光孔径和现成透镜的可购得性将很可能必须使用50mm直径透镜的事实，在垂直的第一波前中继透镜位置处的波前传感器模块的高度将很可能大于50mm。
该光学配置在波前光束路径和显微镜观看光束路径之间没有共用的透镜，因而具有显微镜观看光束最低限度地受到波前传感器模块影响的优点。另外，通过将4-F波前中继的第一透镜安排在该PBS的后面以便将SLD光束引导至眼睛，SLD光束也不会受到第一透镜的影响。然而，这些优点是以增大波前传感器模块的物理尺寸为代价而获得的。此外，如果具有较小直径的第一透镜用于减小波前传感器模块的高度/厚度，则屈光度测量范围或信噪比将会减小。
由于大多数白内障外科医生偏好并且习惯于和受训于外科显微镜的物镜和患者眼睛之间的较大工作空间的事实，因此期望将波前传感器模块的高度保持为尽可能地小同时仍然能够覆盖足够大的波前测量屈光度范围并且不改变或干扰外科医生的或他们职员的工效因素。
图3示出波前传感器模块的一个示例实施例的示意图，该波前传感器模块是紧凑的并且还具有很大的动态范围，该动态范围具有来自眼睛的波前光束光能的最小程度的损失。
在图3中，波前传感器模块包括具有上表面32和下表面34的外壳30以及内部36，在内部36中设置4-F中继的第一透镜38和第二透镜40、二向色或短传分束器42、偏振光束分光器43以及检测器44。外壳30包括下表面34中的第一光学窗口46和上表面32中的第二光学窗口48。第一和第二光学窗口被对准使得在第一和第二窗口46和48之间形成第一光程50，该第一光程50允许从患者眼睛返回的光穿过外壳30到达外科显微镜的物镜。补偿透镜52位于第二光学窗口48处，且二向色或短传分束器42位于第一光程50中。
在图3所描绘的示例实施例中，二向色或短传分束器42沿着第二光程54反射近红外波前光束以及某成像光。4-F中继将来自受试者眼睛的波前中继到波前采样平面56。检测器44（和诸如小透镜或小透镜阵列或光栅之类的一些其它光学元件一起，这些未被示出）采样和检测被中继到波前采样平面56的波前。
在该示例实施例中，成像分束器60也被插入到第二光程54中。成像分束器60将从二向色或短传分束器42反射的至少一些成像光经由透镜或透镜组66引导至图像传感器64，诸如CCD/CMOS相机。图像传感器64提供受试者眼睛的共面视频或静态图像。此外，固定分束器68将固定目标70的图像（通过透镜或透镜组72形成）沿着相反路径引导至受试者眼睛。
在该示例实施例中，显微镜物镜像它在显微镜外壳内一样被保持，且4-F波前中继的第一透镜位于波前传感器模块的第一光学输入端口处。第一透镜由外科显微镜和波前传感器模块共用。
将4-F波前中继的该第一透镜安排为尽可能地患者眼睛的益处包括：（1）4-F波前中继的第一（前）透镜具有满足4-F波前中继要求的最短焦距，以及（2）波前模块内部的波前光束路径的总长度被缩短。
另外，对于要根据某一眼睛瞳孔尺寸来覆盖的某一眼睛屈光度测量范围，波前光束的直径范围在到达该前透镜时被减小了，因为4-F中继的第一（前）透镜更加靠近眼睛并且因而波前模块的高度可被减小。随着波前光束路径的进一步折叠，这些物理尺寸减小被组合起来，就可使得波前传感器模块非常紧凑。此外，由于一直需要波前传感器模块在该位置处具有光学窗口，因此在一些示例实施例中共用的前透镜可起到作为4-F波前中继的窗口和第一透镜两者的双重作用。
现在可将图3所描绘的波前传感器模块的物理尺寸与图2所描绘的现有技术波前传感器模块进行适当比较。在图3所描绘的实施例中，如果眼科外科显微镜的工作距离仍然与显微镜的物镜的焦距相同且约为200mm，如在图1中所讨论的，那么第一透镜现在可距离眼睛170mm。将再次假定在第一透镜焦距和第二透镜焦距之间维持同一比率2.5。由于第一透镜现在具有仅170mm而不是如图2中的250mm的焦距，因此第二透镜现在需要具有68mm而不是如图2中的100mm的焦距。因此，总波前中继路径长度现在将为(170x2+68x2)=476mm而不是图2所描绘的示例的700mm，这样图3所描绘的4-F波前中继的物理长度比图2所描绘的示例减少了(700-476)/700=32%。
在波前传感器模块的高度方面，在来自5mm眼睛瞳孔的相同+30D远视光束到达第一透镜的情况下，在图3实施例中的第一透镜处的光束宽度将为30mm而不是图2示例的42.5mm。这意味着在高度发散的波前光束被共用的前透镜聚焦成稍微会聚且被偏转到一旁之后，它的直径将小于30mm。注意，由于在图3实施例中水平放置第一透镜，因此它的直径将不会影响波前传感器模块的高度。即使通过假定共用的前透镜和补偿透镜将具有某一厚度，该厚度也不会显著不同于图2示例的配置。如果假定与图2的输入光学窗口相比共用的透镜和顶部补偿透镜的厚度额外增加5mm，那么图3波前传感器模块高度将约为35mm而不是像图2情形中的50mm。因此，波前传感器模块的高度方面将可能节省约(50-35)/50=30%。
如在图2的示例中，如图3所示的二向色或短传分束器/合束器被用于将SLD引起的近红外波前光束高效地偏转到波前传感器模块的剩余部分，同时允许大部分可见光穿过外科显微镜。应注意，如图3所示的波前传感器模块的剩余部分仅仅是可能使用的多个可能光学配置中的一个代表。因此波前传感器模块的解释应当涵盖所有可能的波前传感器配置，包括例如Hartmann-Shack、Talbot-Moiré、Hartmann-Moiré、相位差法以及激光射线追踪。如此，检测器也应宽泛地解释为包括所有可能的波前采样和检测装置，只要检测器在经中继的波前图像平面处有效地检测到波前倾斜。作为示例，检测器可以是单个横向效应检测器、象限检测器或者安排在可变孔径之后的CCD/CMOS传感器/相机，如US7445335和US7815310所公开的。
二向色或短传分束器/合束器上的补偿透镜被用于实现若干功能。首先，为确保通过外科显微镜形成和呈现给外科医生的外科视图由于共用前透镜的使用而受到最小程度的影响，该补偿透镜可被设计为补偿共用前透镜（4-F波前中继的第一透镜）的影响从而使得基本等效的外科显微镜视图被呈现给外科医生。其次，补偿透镜还可充当用于物理地密封该波前传感器模块的上光学窗口。此外，补偿透镜还可被光学涂覆或处理，以仅仅允许透射可见光谱。这样，来自显微镜的照射光的近红外和UV光谱部分将不会落在患者眼睛上以产生任何眼睛返回的近红外背景光噪声，该噪声可进入波前传感器模块以饱和或减小波前传感器模块的动态范围或者产生背景噪声。另外，补偿透镜还减少外科医生和患者两者对可能有害的光谱成分的暴露。此外，补偿透镜或光学窗口还可起到如果照射光束路径受到共用前透镜的影响则将来自外科显微镜内部的照射光引导至受试者眼睛的作用。
应当注意，在图3所示的示例实施例中，外科显微镜的原始物镜被保持在显微镜外壳中且没有被移除。作为替换，外科显微镜的物镜可被移除且其聚焦功能可完全或部分地由如图4所示的波前传感器模块的输出端口处的共用前透镜来提供。如图4所示的补偿透镜52可被设计成提供期望的补偿以向外科医生呈现基本上相同的显微镜外科视图，以及提供如上所讨论的其它功能。更具体地，补偿透镜可以是这样的光学窗口，即仅仅窗口的一部分具有光弯曲性质使得如果由于移除显微镜的原始物镜且将共用前透镜安排在波前传感器模块的输入端口处而引起照射光束路径改变则来自眼科仪器的照射光可被重新引导至受试者眼睛。
除了将波前传感器模块附连至显微镜下面之外，使用补偿透镜来补偿由于共用透镜而引起的对显微镜的观看路径的影响的相同概念还可扩展到其中波前传感器被并入到显微镜中的情形，尽管可能需要相应地修改或改变显微镜的观看路径。图5示出经修改的外科显微镜的这种替换示例实施例，其中显微镜的原始物镜如是维持且被用作共用的前透镜。
屈光手术是非常精确的，并且屈光外科医生花费多年开发了进行显微镜眼睛手术所要求的手眼协调。在该开发过程期间，外科医生的手位置相对于外科医生的眼睛通常是固定的或者被维持在优选范围内。外科显微镜的设计的重要方面是不要求外科医生改变手位置以便适应显微镜的物理尺寸。
在典型的立体外科显微镜中，在物镜38之后，存在两个立体观看端口/路径及其关联光学元件。在标准立体外科显微镜中，这些观看端口位于靠近物镜且在物镜之后。在图5所描绘的示例实施例中，标准外科显微镜的现有设计被修改以将外科显微镜和波前传感器并入到单个外科内。如下所述，图5的示例实施例允许外科显微镜的先前设计的光学组件（诸如物镜和立体观看端口及其关联光学元件）被维持使得这些组件在波前传感器与立体外科显微镜集成时不需要被重新设计。
在图5的示例实施例中，波前传感器被集成到立体外科显微镜的外壳中且立体外科显微镜的高度不增加，因此外科医生的手位置不受波前传感器被包含的影响。由于立体外科显微镜的高度没有增加，因此工作距离（例如200mm）不受影响，并且立体外科显微镜的原始物镜被用作4-F中继的前透镜。在该示例中，由于4-F中继中的第一透镜的焦距是200mm，因此4-F中继如图1所描绘地那样被配置。
在图5中，波前传感器包括4-F中继的第一透镜38和第二透镜40、二向色或短传分束器42、偏振光束分光器43以及检测器44。立体外科显微镜的外壳包括输入光学窗口461，并且还用作4-F中继的第一透镜38的物镜位于输入窗口461处。补偿透镜52被定位使得补偿透镜52、二向色或短传分束器42以及第一透镜38被对准以形成它们之间的第一光程50。折叠的光程53从一对立体观看端口531（其已从物镜后的位置偏移到补偿透镜后的位置）延伸到一对立体目镜541。折叠的光程53包括被包含在标准非修改立体外科显微镜的原始光程中的光学元件，并且具有相同的光程使得可以维持原始光学元件。
在图5所描绘的示例实施例中，二向色或短传分束器42沿着第二光程54反射波前光束。4-F中继将眼睛波前中继到波前采样平面56。检测器44（和诸如小透镜或小透镜阵列或光栅之类的一些其它光学元件一起，这些未被示出）采样和检测被中继到波前采样平面56的波前以使得能够进行波前测量。
在图5所描绘的示例实施例中，立体观看端口已经从物镜偏移约为第一光程50的长度的距离。补偿透镜52用于补偿由该偏移所引起的影响，使得呈现给外科医生的显微镜视图与立体观看端口在它们处于物镜之后的原始位置处时基本上相同。补偿透镜52和折叠路径53的使用允许维持立体外科显微镜的先前设计的组件。
替换地，具有集成的波前传感器的外科显微镜可以是新设计，其中形成折叠光程的补偿透镜和其它光学组件不是基于现有设计。
图5是用于例示示例实施例操作的示意图，其并不是按比例绘制。图6是描绘了利用以上参考图5所述的特征的集成的外科显微镜/波前传感器的示例实施例的更加逼真视图的实体工程图。
在这一点上应注意，对于图3、图4和图5的实施例，由于前透镜被共用，因此通常需要使可见光谱和近红外光谱两者均通过。优选地，不向波前光束引入额外的光学像差。该透镜的良好选择是被设计成在可见光谱和近红外光谱上工作的消色差透镜。作为替换，还可使用用于期望波长范围的非球面消色差透镜。
给定窄带通滤波器可被用于4-F波前中继的第二透镜的前面以滤掉SLD光谱之外的任何非期望光的事实，第二透镜可被设计成仅仅在SLD近红外光谱范围上起作用并且它还可以是非球面透镜。
还应注意，由于共用的前透镜水平放置于波前传感器模块或显微镜外壳内，因此对于该共用的前透镜并不是绝对需要使用小的直径。它的直径可以较大，使得只有透镜的中央部分被用于观看光束路径和波前光束路径，而外部则可用于将来自眼科显微镜内部的照射光束正确地引导至受试者的眼睛。另外，用于将SLD光束引导至眼睛的PBS可被安排在二向色或短传分束器/合束器后面的任何位置，但是可能需要相应地使SLD光束成形。SLD不需要在近红外范围中操作且因此分束器/合束器不需要是短传或二向色的，或者它可以是陷波滤波器类型的分束器/合束器或另一类型。
还应注意，4-F波前中继仅仅是多种可能的光学波前中继配置的一个示例。可以使用其它配置，诸如在US20100208203中所公开的那个配置，该配置包括三个透镜，其中一个负透镜位于两个正透镜之间。此外，可在经中继的波前采样平面和用于检测经采样的波前倾斜或其它属性（诸如强度）的检测器之间采用多种装置。示例包括使用小透镜、小透镜阵列、光栅、成像中继等等。检测器可以是任何类型的，包括一维或二维检测器阵列，诸如CCD/CMOS图像传感器、横向效应位置感测检测器、象限检测器等等。
当前公开的波前传感器模块的示例实施例可与用于各种各样应用的多种其它眼科显微镜附连或集成或者并入其中。例如，波前传感器模块可附连至用于测量眼睛波前（除了基于狭缝灯的眼睛检查之外）的狭缝灯生物显微镜。它还可与用于视力矫正的其它显微镜（诸如用于眼睛手术的LASIK系统的显微镜）集成。
尽管此处已经示出并描述了结合本发明教示的各种实施例，本领域技术人员可易于相处仍结合了这些启示的很多其他改变的实施例。因此，除所附权利要求书所提供的之外，不旨在限制本发明。
Claims (19)
1.一种波前传感器模块，包括：
外壳，其被配置成与用于眼睛检查和/或视力矫正过程的眼科仪器相附连或集成，其中所述眼科仪器的工作距离是光输入窗口和受试者眼睛之间的距离，所述波前传感器模块的所述外壳具有相反设置的第一和第二表面以及内部，所述第一表面具有被配置成使光在所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部和受试者眼睛之间通过的第一光学窗口，且所述第二表面具有被配置成使光在所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部和所述眼科仪器之间通过的第二光学窗口，其中所述第一光学窗口和所述第二光学窗口被对准以形成使光经由所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部在受试者眼睛和所述眼科仪器之间通过的光程，且所述波前传感器模块的所述外壳包括：
前透镜，所述前透镜是波前中继的第一透镜，被设置在所述波前传感器模块外壳的所述第一光学窗口处且被定向为与所述光程垂直，其中所述前透镜被配置成聚焦从受试者眼睛返回的光且将从所述受试者眼睛返回的所述光沿着所述光程透射；
分束器/合束器，沿着所述光程设置以拦截由所述前透镜透射的光，其中所述分束器/合束器被配置成透射欲用于所述眼科仪器的从所述受试者眼睛返回的光的至少一部分并且至少将从所述受试者眼睛返回的波前光束反射到所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部；以及
补偿透镜，其被设置在所述第二光学窗口处且被配置成补偿所述前透镜对欲用于所述眼科仪器的从所述受试者眼睛返回的光带来的影响。
2.如权利要求1所述的波前传感器模块，其特征在于，
所述补偿透镜阻挡不欲用于所述眼科仪器的光。
3.如权利要求1所述的波前传感器模块，其特征在于，所述前透镜的焦距小于所述眼科仪器的所述工作距离。
4.如权利要求1所述的波前传感器模块，还包括：
第二透镜，所述第二透镜是波前中继的第二透镜，位于所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部，其中所述前透镜和所述第二透镜形成4-F波前中继。
5.如权利要求4所述的波前传感器模块，还包括检测器，其中所述检测器位于所述波前传感器模块的所述外壳的内部且在所述4-F波前中继的波前图像平面处有效地检测波前倾斜。
6.如权利要求4所述的波前传感器模块，还包括偏振分束器，其位于所述波前传感器模块的所述外壳的内部且在所述前透镜和所述第二透镜之间，其中所述偏振分束器被配置成将波前照射光束引导至所述分束器/合束器。
7.如权利要求4所述的波前传感器模块，还包括：图像传感器，其被配置成提供受试者眼睛的共面视频或静态图像；以及
成像分束器，其被设置在所述4-F波前中继的所述前透镜和所述第二透镜之间，其被配置成将由所述分束器/合束器反射的光的一部分引导至所述图像传感器。
8.一种眼科设备，用于测量受试者眼睛的性质，包括：
眼科仪器，其具有被配置成接收从受试者眼睛返回的光的光学输入端口，并且还具有在所述光学输入端口和受试者眼睛之间的特性工作距离；
波前传感器模块，其具有外壳，所述外壳与用于眼睛检查和/或视力矫正过程的所述眼科仪器相附连或集成，其中所述波前传感器模块的所述外壳具有相反设置的第一和第二表面以及内部，所述第一表面具有被配置成使光在所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部和受试者眼睛之间通过的第一光学窗口，且所述第二表面具有被配置成使光在所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部和所述眼科仪器的所述光学输入端口之间通过的第二光学窗口，其中所述第一光学窗口和所述第二光学窗口被对准以形成使光经由所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部在受试者眼睛和所述眼科仪器之间通过的光程，且所述波前传感器模块的所述外壳包括：
前透镜，所述前透镜是波前中继的第一透镜，被设置在所述波前传感器模块外壳的第一表面的所述第一光学窗口处且被定向为与所述光程垂直，其中所述前透镜被配置成聚焦从受试者眼睛返回的光且将从所述受试者眼睛返回的所述光沿着所述光程透射；
分束器/合束器，沿着所述光程设置以拦截由所述前透镜透射的光，其中所述分束器/合束器被配置成透射欲用于所述眼科仪器的从所述受试者眼睛返回的光的至少一部分并且至少将从所述受试者眼睛返回的波前光束反射到所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部；以及
补偿透镜或光学窗口，其被设置在所述第二光学窗口处且被配置成补偿所述前透镜对欲用于所述眼科仪器的从所述受试者眼睛返回的光带来的影响和/或将来自所述眼科仪器的照射光引导至眼睛。
9.如权利要求8所述的眼科设备，其特征在于，
所述眼科仪器是外科显微镜。
10.如权利要求9所述的眼科设备，其特征在于，
所述外科显微镜的原始物镜位于所述外科显微镜的光学输入端口的设计位置处。
11.如权利要求9所述的眼科设备，其中所述外科显微镜的原始物镜被移除，其特征在于，
所述前透镜和所述补偿透镜执行要用于所述显微镜的物镜的功能。
12.如权利要求8所述的眼科设备，其特征在于，
所述补偿透镜阻挡不欲用于所述眼科仪器的光。
13.如权利要求8所述的眼科设备，其特征在于，所述前透镜的焦距小于所述眼科仪器的所述特性工作距离。
14.如权利要求8所述的眼科设备，还包括：
第二透镜，所述第二透镜是波前中继的第二透镜，位于所述波前传感器模块的所述外壳的所述内部，其中所述前透镜和所述第二透镜形成4-F波前中继。
15.如权利要求14所述的眼科设备，还包括检测器，其中所述检测器位于所述波前传感器模块的所述外壳的内部且在所述4-F波前中继的波前图像平面处有效地检测波前倾斜。
16.如权利要求14所述的眼科设备，还包括偏振分束器，其位于所述波前传感器模块的所述外壳的内部且在所述前透镜和所述第二透镜之间，其中所述偏振分束器被配置成将波前照射光束引导至所述分束器/合束器。
17.如权利要求14所述的眼科设备，还包括：
图像传感器，其被配置成提供受试者眼睛的共面视频或静态图像；以及
成像分束器，其被设置在所述4-F波前中继的所述前透镜和所述第二透镜之间，其被配置成将由所述分束器/合束器反射的光的一部分引导至所述图像传感器。
18.一种外科显微镜，包括：
外壳，所述外壳具有光学输入端口和一对立体目镜；
设置在所述外壳的所述光学输入端口处的物镜，所述物镜被配置成用作波前中继的第一透镜和所述外科显微镜的物镜这两者以聚焦从受试者眼睛返回的光并且沿着第一光程透射该光；
分束器/合束器，沿着所述第一光程紧邻所述物镜而设置以拦截由所述物镜透射的光，所述分束器/合束器被配置成透射欲用于通过所述外科显微镜观看的从所述受试者眼睛返回的光的至少一部分并且沿着波前中继光程至少反射从所述受试者眼睛返回的波前光束；
沿着所述第一光程紧邻所述分束器/合束器而设置的补偿透镜；
紧邻所述补偿透镜而设置的一对立体观看端口，其在所述物镜后具有一偏移以接收穿过所述物镜、所述分束器/合束器和所述补偿透镜而透射的光；以及
折叠的光学观看路径，其包括在所述一对立体观看端口和所述一对立体目镜之间的光学组件；
其中所述补偿透镜用于补偿由所述偏移引起的影响。
19.一种外科显微镜，包括：
外壳，所述外壳具有光学输入端口和一对立体目镜；
设置在所述外壳的所述光学输入端口处的物镜，所述物镜被配置成用作波前中继的第一透镜和所述外科显微镜的物镜这两者以聚焦从受试者眼睛返回的光并且沿着第一光程透射该光；
分束器/合束器，沿着所述第一光程靠近所述物镜而设置以拦截由所述物镜透射的光，所述分束器/合束器被配置成透射欲用于通过所述外科显微镜观看的从所述受试者眼睛返回的光的至少一部分并且沿着波前中继光程至少反射从所述受试者眼睛返回的波前光束；
光学窗口，所述光学窗口沿着所述第一光程靠近所述分束器/合束器而设置，且其中所述窗口的一部分具有光弯曲性质，使得来自所述外科显微镜的照射光可被重新引导至受试者眼睛或者所述光学窗口被光学涂覆或处理以仅仅允许透射可见光谱；
紧邻所述光学窗口而设置的一对立体光学观看端口，其在所述物镜后具有一偏移以接收穿过所述物镜和所述分束器/合束器而透射的光；以及
折叠的光学观看路径，其包括在所述一对立体光学观看端口和所述一对立体目镜之间的光学组件。
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