CN112790895B - 一种人工晶体补偿校正系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工晶体补偿校正系统及方法，包含两大模块，像差检测系统和激光雕刻系统；像差检测系统基于Hartmann–Shack波前像差测量系统(HSWS)，实现视网膜成像实时检测。像差检测系统检测处当前安装的晶体下全眼像差后，根据后台计算出的补偿模型，在非球面后表面上加工出微透镜环状序列，微调校正此像差；激光雕刻系统可以提供大NA高精度的激光加工，实现人工晶体的面型精加工。

Description

一种人工晶体补偿校正系统及方法
技术领域
本发明涉及一种人工晶体补偿校正系统及方法，涉及眼科晶状体技术，人眼像差测量技术，激光加工技术，具体涉及到Hartmann–Shack波前像差测量系统和激光雕刻系统的测量加工一体化仪器，以及人工晶体表面加工微透镜补偿全眼像差的方法，属于眼科晶体技术领域。
背景技术
随近年来，人工晶体广泛应用于高度屈光不正和白内障手术后的光学矫正，不但可以矫正人眼低阶像差，如离焦，像散等，还可以矫正高阶像差如慧差，球差，使人眼获得更佳的视觉质量改善。白内障超声乳化手术也已发展为晶体性的屈光手术，人们对手术的要求从以往的“看得见”转变为“看得清”，白内障手术已由传统的复明手术转变为以追求高品质视觉质量为要求。
Hartmann技术最初被用来测量和提高望远镜的光学成像质量。把一个有多小孔的不透明屏幕放置在望远镜的主孔径上，这些小孔把入射光束分割成许多细光束，这些细光束通过入射光瞳的不同位置后形成点阵，点阵分布模式决定了望远镜成像质量。而梁俊忠(JunzhongLiang)于1997年首次把Hartmann-Shack传感器和一个可变形镜结合起来，对人眼波前像差进行了测量和矫正，通过这种技术可以对人眼的视觉能力的极限进行评估，自适应光学技术可以矫正人眼的全部低高阶像差，从而可以进一步认识和了解人眼的视觉功能，并可获得更清晰的视网膜和眼底图像，这些大大推动了对人眼的光学和神经系统的研究进展。可以通过此技术来精准检测全眼所有像差。
发明内容
本发明的目的是补偿已植入的人工晶体因加工误差和安装误差引起的人眼残余像差，提高视觉质量；过程无需取出晶体，降低病人痛苦。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种人工晶体补偿校正系统，其特征在于，包括像差检测系统和激光雕刻系统；
所述像差测量系统包括激光器，激光器出射的光经准直扩束系统后入射经二向色镜反射、经会聚系统将携带全眼信息的光打到眼底，经过眼底的返回光通过会聚系统、二向色镜后经过内调焦系统入射到微透镜阵列上，微透镜阵列将光波分割成小光束会聚到哈特曼波前传感器；
所述激光雕刻系统包括照明系统和投影物镜，照明系统包括光学衍射元件，光学衍射元件出射的光束经变焦组扩束成不同瞳面直径的光瞳，再经会聚组会聚到匀光系统后，均匀的光场经投影系统再经投影物镜将不同数值孔径的锥形光束投影到需要雕刻的晶体表面。
本发明还提供了基于上述系统的一种人工晶体补偿校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、人眼盯住固视灯；
步骤二-、使用外眼镜头拍摄外眼图像，使用成像传感器显示拍摄的瞳孔照片，进行瞳孔定位，寻找瞳孔中心；
步骤三、激光灯通过准直扩束系统扩束，再经过会聚系统将光束投影到眼底；携带全眼像差的返回光经过会聚系统准直入射到内调焦系统，将再次会聚平行的光束打到微透镜阵列上，分割光束后由哈特曼传感器接收分析，再后台PC处理；
步骤四、PC根据像差测试系统测试的像差计算仿真晶体待补偿形态分布，将设计形状作为激光雕刻系统输入；
步骤五、接收到输入的激光雕刻系统将激光器出射的光传递到光学衍射元件上，以一定发散角经过变焦组完成场-瞳的转换，将不同光瞳直径经过会聚组后传递到匀光系统(微透镜阵列)上，将均匀的光场经过投影系统传递到投影物镜，经过投影物镜的光束会聚到晶体待加工表面；
步骤六、激光雕刻完毕后可以再次测量此时的全眼像差。
本发明技术方案作为一种人工晶体补偿校正系统及方法，植入人工晶体后，该系统可以实时检测眼睛整体像差，从而内部进行补偿运算，设计补偿该像差的晶体表面环形分布的微透镜组，在无需反复取出的情况下，使用大NA激光器在晶体表面加工出补偿残余像差的微透镜组，实时校正；
所述的激光雕刻系统与Hartmann–Shack波前像差测量系统通过二向色镜连接，激光雕刻系统的激光器将光束传播到二元衍射元件DOE上，将发散的光束通过变焦组将某一数值孔径NA的光束准直扩束成不同光瞳直径的光，然后被会聚系统会聚成不同NA的光束入射到匀光元件微透镜阵列上，再经过投影系统将均匀的光场投影到投影物镜系统，再经过投影物镜系统将光束投影到晶体表面。
所述的像差测量系统的光源经过光路投入眼内，携带全眼信息投入眼底，返回光出射后经过光学系统传播到与眼底共轭的哈特曼传感器上得到波形信息，计算全眼像差。
在上面加工的微透镜阵列可补偿偏心和倾斜安装带来的像差，以及前期晶体参数计算和加工误差来带的像差。
其中，补偿全眼残余像差的晶体，由内而外依次包括中心固定光区、渐变微透镜区和周边微透镜区；该中心固定光区位于镜片本体的中心位置，该渐变微透镜区和周边微透镜区上设有离焦微透镜，所述离焦微透镜为凸透镜。
晶体的微透镜组可为360°旋转对称的等规格微透镜序列，每一环的微透镜规格独立；或根据像差实际分布情况补偿的分区微透镜序列，每个区的微透镜规格独立。微透镜可以加工为正圆形、椭圆形或者六角形等。
匀光系统可以由微透镜阵列的方式匀光，也可以用基于全反射原理的抛光的匀光棒来匀光。
变焦组可以形成不同大小光瞳的光束，该光瞳带来的影响是形成不同的出射NA；出射NA需保证人眼的激光损伤阈值在安全范围内。
本发明的优点是：
本发明使用测试和加工一体化仪器，灵活便捷补偿人工晶体植入的残余像差；
本发明使用的人工晶体补偿方法补偿精度高，适用性灵活。
附图说明
图1为本发明整体结构图；
图2为本发明人工晶体补偿性微透镜阵列几种分布方式；
图3为本发明像差测试原理图；
图4为本发明激光雕刻系统不同NA形成原理图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
本发明技术方案通过Hartmann–Shack波前像差测量系统检测植入人工晶体后全眼残余像差，计算出晶体需要补偿的像差值，设计晶体表面区域的微透镜分布用来补偿低阶，高阶像差。再使用大NA的激光雕刻系统，将设计的微透镜阵列雕刻在晶体表面，无需取出。
该Hartmann–Shack波前像差测量系统200将激光器201出射的光经过准直扩束系统202后入射经过二向色镜207反射，经过会聚系统203将携带全眼信息的光打到眼底。经过眼底的返回光通过会聚系统203，二向色镜207后经过内调焦系统204将光入射到微透镜阵列205上，微透镜将光波分割成小光束会聚到哈特曼波前传感器206，从而得到波形信息，计算全眼像差。其原理为光源发出的光准直扩束后投射入眼底，返回光携带全眼像差信息经过光学系统后被准直为平行光，经过微透镜阵列被分割采样，并聚焦到光电探测器上，采集光斑数据送入计算机，经处理得到人眼像差。
而激光雕刻系统包括照明系统101～105和投影物镜106，照明系统的变焦组102将光学衍射元件(DOE)101出射的光束扩束成不同瞳面直径的光瞳，再经过会聚组103会聚到匀光系统104上；将均匀的光场经过投影系统105传递到投影物镜106，投影物镜106将不同数值孔径(NA)的锥形光束投影到需要雕刻的晶体表面。该系统的照明系统为科勒系统，采用瞳-窗相接的方式使均匀的光场经过投影物镜会聚到待加工物体表面，精度更高。而变焦组可是实现不同NA，以便符合人眼的激光安全。
被二次加工的人工晶体一般选用一个面为非球面的结构，来抵消角膜正球差的影响，晶体植入后无法达到理论设计位置，其偏心或者倾斜使成像质量下降甚至比同样偏心程度的球面人工晶体成像质量更差。而设计晶体本身又存在一个设计偏差，加工也无法达到设计水平。本发明在人工晶体植入后再在其表面加工出具有微透镜序列的微透镜组，其分布可以设计为环状和区域块，灵活补偿。可实现视网膜中央近视性离焦、视网膜周边远视性离焦、视网膜周边低屈光力远视性离焦、周边高屈光力远视性离焦，近视眼调节和集合功能障碍等。
具体实施步骤如下：
步骤一-固视灯404经过光学镜头403将固视点投到人眼视网膜上，人眼盯住固视灯404，该处可设置不同位置的眼底固视灯，即可进行全眼底大范围测量。固视灯排布可参考图2。
步骤二-外眼镜头402拍摄外眼图像，使用成像传感器401显示拍摄的瞳孔照片，进行瞳孔定位，寻找瞳孔中心；
步骤三-激光灯201通过准直扩束系统202扩束，再经过会聚系统203将光束投影到眼底。携带全眼像差的返回光经过会聚系统203准直入射到内调焦系统204，将再次会聚平行的光束打到微透镜阵列205上，分割光束后由哈特曼传感器206接收分析，再后台PC处理。
步骤四-PC根据像差测试系统测试的像差计算仿真晶体待补偿形态分布，将设计形状作为激光雕刻系统输入。
由于植入的人工晶体通过计算加工所得，其计算本身的误差，加工误差以及植入人眼后的位置误差都会带来像差。此时的像差可能非对称，分区域形成不同的视觉误差，可根据实际情况设计分区域或环形分布的微透镜组在晶体表面，以补偿该情况，如图3所示。
步骤五-接收到输入的激光雕刻系统将激光器出射的光传递到DOE 101上，以一定发散角经过变焦组102完成场-瞳的转换，将不同光瞳直径经过会聚组103后传递到匀光系统104(微透镜阵列)上，将均匀的光场经过投影系统105传递到投影物镜106，经过投影物镜的光束会聚到晶体待加工表面。会聚到晶体前的光束NApo与激光雕刻系统的各个指标有关，相关计算如下：
Figure BDA0002864120910000051
Figure BDA0002864120910000052
NAre＝A*NAco
NApo＝B*NAre
即，
Figure BDA0002864120910000053
其中，fzoom为变焦组102的焦距；
fco为会聚组103的焦距；
Dpupil为照明系统的光瞳直径；
NADOE为光学衍射元件出射光束数值孔径；
NACO为会聚组103出射光束数值孔径；
NARE为投影系统105出射光束数值孔径；
NAPO为投影物镜106出射光束数值孔径；
A为投影系统105的放大倍数；
B为投影物镜106的放大倍数。
步骤六-激光雕刻完毕后可以再次测量此时的全眼像差。

Claims (1)

1.一种人工晶体补偿校正系统，其特征在于，包括像差检测系统和激光雕刻系统；所述人工晶体为已植入人眼中的人工晶体；
所述像差测量系统包括激光器，激光器出射的光经准直扩束系统后入射经二向色镜反射、经会聚系统将携带全眼信息的光打到眼底，经过眼底的返回光通过会聚系统、二向色镜后经过内调焦系统入射到微透镜阵列上，微透镜阵列将光波分割成小光束会聚到哈特曼波前传感器；
所述激光雕刻系统包括照明系统和投影物镜，照明系统包括光学衍射元件，光学衍射元件出射的光束经变焦组扩束成不同瞳面直径的光瞳，再经会聚组会聚到匀光系统后，均匀的光场经投影系统再经投影物镜将不同数值孔径的锥形光束投影到需要雕刻的晶体表面。
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