ES2274306T3 - Metodo para efectuar mediciones de la topografia de una superficie a razon de su emision termica. - Google Patents

Abstract

Método destinado a efectuar mediciones de la topografía de una superficie, tal como la topografía de una superficie ocular, en el cual una imagen es proyectada sobre dicha superficie a partir de al menos una fuente luminosa de proyección utilizando medios de proyección, en el cual al menos una fracción de luz que abandona la superficie como resultado de dicha proyección, es recibida mediante una o varias unidades de recepción, tales como cámaras CCD [de dispositivo de carga acoplada], en el cual una medición de dicha topografía concierne un mapeo de superficie de dicha superficie, en el cual dicha topografía de superficies es determinada por el análisis de dicha fracción de luz que abandona la superficie, y en el cual dicha fracción de luz que abandona la superficie está constituida por luz irradiada por la superficie a razón de una emisión térmica, caracterizada por el hecho de que dicho análisis destinado a determinar dicha topografía de superficies, es efectuado sobre dicha luz irradiadapor la superficie a razón de una emisión térmica.

Description

Método para efectuar mediciones de la topografía de una superficie a razón de su emisión térmica.

Campo de invención

La presente invención se refiere a un método destinado a efectuar mediciones de la topografía de una superficie tal como la topografía de una superficie ocular, en el cual una imagen es proyectada sobre dicha superficie a partir al menos de una fuente luminosa de proyección utilizando medios de proyección, en el cual al menos una fracción de luz que abandona la superficie como resultado de dicha proyección, es recibida mediante el uso de una o más unidades de recepción, tales como cámaras CCD [de dispositivo de carga acoplada], en el cual la medición de dicha topografía concierne el mapeo de superficie de dicha superficie, en el cual dicha topografía de superficie es determinado mediante el análisis de dicha fracción de luz que abandona la superficie, y en el cual dicha fracción de luz que abandona la superficie comprende luz irradiada por la superficie a razón de una emisión térmica.

La invención se refiere además, a un diseño destinado a efectuar mediciones de la topografía de una superficie, tal como la topografía de una superficie ocular, en el cual la medición de dicha topografía concierne un mapeo de superficie, dicho diseño incluye medios de proyección, los cuales incluyen al menos una fuente luminosa de proyección destinada a proyectar una imagen sobre la superficie, comprendiendo además una o más unidades de recepción que reciben al menos una fracción de luz que abandona la superficie como resultado de dicha proyección, tales como cámaras CCD [de dispositivo de carga acoplada], y medios de análisis de dicha fracción de luz que abandona la superficie destinados a determinar la topografía de la superficie.

Antecedentes de la invención

Un método y diseño de este tipo se describe por ejemplo en la patente US nº US 6,024,449, en la cual un modelo de grilla de luz polarizada monocromática pulsada es proyectada sobre una superficie diana semi-difusa, tal como la cornea no epitelializada de un ojo que sufre de queratometría fotorrefractiva [PRK] o queratometría fototerapéutica [PTK], destinadas a efectuar mediciones topográficas de alta velocidad, sobre superficie diana. Además, el método y diseño revelados posibilitan respectivamente dicha medición de regiones de sobrecalentamiento la utilizando un fotodetector infrarrojo de [puntos calientes] sobre la superficie diana pozos cuánticos.

Numerosos procedimientos industriales, científicos y médicos incluyen la medición de la topografía de superficies en una variedad de aplicaciones. En la mayoría de los casos, la exactitud de las mediciones es de gran importancia para asegurar la calidad del rendimiento del proceso mencionado. Un tipo específico de medición de la topografía de superficies incluye mediciones de superficies curvas, como se aplican por ejemplo, en oftalmología, donde la topografía de la superficie cornea del ojo proporciona una indicación acerca de la calidad del ojo y las posibles desviaciones de un ojo saludable.

Algunos métodos de medición de la topografía de superficies se basan en la reflexión especular, p. ej., un frente de onda de un haz luminoso colimado y coherente la proyectado sobre la superficie y su parte reflejada es comparada con un haz de referencia calmo [medición interferométrica] o un modelo es proyectado o espejado por la superficie, y su reflexión comparada con un modelo de referencia.

Las limitaciones de estos métodos radican en que la precisión se reduce considerablemente cuando ambas curvaturas -convexas y cóncavas- se presentan simultáneamente en la superficie o bien cuando los haces son reflejados fuera de la apertura del sensor.

Una solución es la aplicación de los métodos de Moiré. Los métodos de Moiré consisten en un conjunto versátil de técnicas para mediciones de deformación plana no-plana, contornos topográficos y mediciones de pendiente y curvatura. Los métodos y de Moiré se basan en grillas, cuya utilización en la topografía de la superficie ocular, puede asegurar la proyección de un patrón de líneas sobre la superficie. La detección del patrón lineal sobre la superficie y que recubre el patrón lineal visualiza el método de Moiré, que comprende la información requerida sobre la topografía de la superficie.

A los fines de detección del modelo proyectado, una superficie de radiación difusa es deseable para esta técnica. Para superficies de reflexión especular tales como el ojo, en el arte precedente, tales superficies se transforman en una superficie de radiación difusa a partir de la aplicación de fluoresceína sobre la superficie. Una reflexión difusa del modelo proyectado puede así ser detectada a través de los medios de detección.

Una desventaja que presenta esta técnica es que es marginalmente invasiva. Esto no es deseable -especialmente para fines oftalmológicos- dado que la aplicación de fluoresceína sobre el ojo afecta la película lacrimal y dificulta la visualización de referencias, tales como la pupila o el iris, sobre o bajo la superficie ocular. Otro inconveniente de dicha técnica es que no es aplicable sobre superficies secas, tales como ojos secos.

Un buen ejemplo de un método y diseño utilizados en topografía ocular, en el cual se utiliza un derivado de los métodos de Moiré y la aplicación de fluoresceína, se describe en la patente europea EP 0 551 955. Tal documento describe algunas características de este tipo de formación de imágenes en mediciones de topografía de superficies, especialmente relacionadas con la topografía de la superficie ocular y córnea, en más detalle.

La aplicación del modelo internacional no WO 02/45578 hace referencia a un método destinado a determinar la topografía de la superficie de un tejido biológico, que comprende la proyección de una imagen sobre la superficie. Tal proyección se realiza tanto con luz ultravioleta [UV] o infrarroja [IR]. El método incluye la medición de radiación dispersada a partir de la superficie como resultado de dicha proyección. El método propone además, la utilización de una capa delgada de fluoresceína, destinada a aumentar el campo luminoso a medir. Si la luz UV es utilizada para determinar la topología de la superficie, el método puede basarse en la autofluorescencia de la
superficie.

Como se ha mencionado previamente, el empleo de una capa de fluoresceína no es siempre deseable, especialmente en aplicaciones destinadas a determinar la topografía de una superficie córnea, dado que la fluoresceína afecta a la película lacrimal. Las desventajas de la utilización de luz UV, especialmente en el rango para el cual la autofluorescencia se produce, es que a estas frecuencias, una superficie tal como la superficie ocular puede ser dañada debido a la desnaturalización proteica, pudiendo causar una conjuntivitis actínica. Si el método -en cambio- está únicamente basado en el análisis de la radiación dispersada a partir de la superficie utilizando sólo luz infrarroja [IR] en lugar de utilizar películas fluorescentes o luz UV, el campo luminoso a analizar puede ser muy pequeño, dado que las partículas destinadas a dispersar la radiación hacia atrás son en gran parte más pequeñas que la longitud de onda utilizada. Un sujeto entendido en la materia sabrá apreciar que tal proceso dispersivo será ineficaz.

Resumen de la invención

Un objetivo de la presente invención es el de proporcionar un método y un diseño destinados a efectuar mediciones de la topografía de superficies, tal como la superficie ocular o córnea, lo cual aliviana los problemas previamente mencionados y en el cual la superficie permanece intacta, reduciendo así los riesgos de alterar los resultados de las mediciones ocasionados por el método de medición mismo.

Este y otros objetivos y las ventajas logrados por la presente invención en cuanto que se proporciona un método como el descrito en la reivindicación 1 y un diseño como el descrito en la reivindicación 20.

Proyectar la imagen mediante el uso, por ejemplo, de luz infrarroja proporciona numerosos beneficios. Para este color, el ojo no es sólo enteramente opaco, sino que los fotones que son absorbidos -por ejemplo- por un tejido, se convierten en calor. Dicho calor causa la excitación térmica de la materia en el tejido generando radiación que comprende longitudes de onda distintas de la longitud de onda de origen que ha sido proyectada sobre la superficie. La luz no absorbida por el tejido, pero que puede en cambio ser reflejada hacia atrás en dirección a la unidad de recepción [reflexión especular, dispersión], conserva aún su longitud de onda de origen. Este proceso natural permite el filtrado de la luz reflejada a partir de una señal -por ejemplo- mediante un filtro óptico o un espejo dicroico, dejando sólo la fracción de luz generada por la emisión térmica a detectar por medios de detección. Podrá apreciarse que esta última fracción proviene de la superficie de radiación difusa, y proporciona la imagen difusa que puede ser utilizada en los métodos de mapeo de superficie. Tal método puede resultar particularmente eficaz si se utiliza luz infrarroja IR media, dado que la fracción emitida térmicamente es relativamente amplia para estas frecuencias. Nótese además que la invención no se limita al uso de IR media dado que otras longitudes de onda pueden ser utilizadas para superficies distintas de la superficie córnea tomada aquí como
ejemplo.

Según un modo de realización de la presente invención, la imagen proyectada sobre la superficie es proyectada con una luz que comprende un color para el cual la superficie es opaca.

La ventaja de la utilización de una luz de tal color es que esta iluminación puede ser aplicada tanto sobre ojos con película lacrimal normal, como sobre ojos secos y superficies secas, mientras que en métodos del arte precedente, tales como aquellos que implementan la aplicación de substancias fluorescentes sobre la superficie córnea, no pueden ser utilizadas sobre ojos secos. Además, el ojo no registrará la luz utilizada para efectuar las mediciones y por ende, resultará afectado por la medición. Tanto el ojo como los resultados de la medición permanecen intactos por la modalidad de medición. Por otra parte, dada la transmisión y las propiedades dispersivas de los diversos tejidos presentes en el ojo bajo las condiciones adecuadas, sólo la forma del epitelio córneo exterior y la conjuntiva son mapeados.

En un modo de realización de la invención se utiliza una fuente de luz ambiente para permitir la detección de referencias en la superficie mediante el empleo de una o más unidades de recepción. La fuente de luz ambiente puede irradiar luz de un color para el cual la superficie es al menos parcialmente transparente, por ejemplo, a los fines de revelar estructuras y referencias que están presentes directamente bajo la superficie.

En un modo de realización de preferencia, la luz irradiada por la fuente de luz ambiente es luz infrarroja cercana [IR-cercana] [de longitud de onda \lambda< 1,3 \mum] y la superficie es la superficie córnea de un
ojo.

La ventaja de la fuente de luz ambiente mencionada y en particular la fuente de luz infrarroja IR cercana que es utilizada en la topografía de superficies corneas radica en la revelación de estructuras bajo la superficie, tales como la pupila o el iris de un ojo. Cuando la pupila está visible, ello puede servir como punto de referencia distintivo para la alineación, una vez efectuada la medición. Para este propósito es necesario que la contracción de la pupila sea controlada por el operador del dispositivo de medición. Al emplear luz infrarroja IR cercana en combinación con la invención, la pupila no resulta afectada ni por la luz de medición ni por la fuente de luz ambiente, y las referencias son reveladas sin introducir alteraciones. El operador puede, por ejemplo, controlar las dinámicas del sujeto de medición, tal como la contracción de la pupila, mediante otros métodos, por ejemplo, el uso de una fuente de luz [visible] adicional en combinación con la invención.

En otro modo de realización de la invención la fracción de luz que abandona la superficie es recibida por una pluralidad de unidades de recepción. En este modo de realización, las unidades de recepción han sido enfocadas en forma precisa, magnificadas y alineadas a los fines de recibir una imagen adecuada de calidad suficiente a una distancia determinada. Dicho modo de realización, por ejemplo, puede ser dispuesto para medir la superficie topográfica de una superficie ubicada a una distancia predeterminada por delante del dispositivo de medición [como puede tratarse de una superficie curva, la distancia aquí mencionada, es la distancia media]. La superficie del objeto a medir puede fijarse en el espacio, mientras que el dispositivo puede ser [ligeramente] móvil o viceversa.

En el diseño mencionado, la superficie a medir debe ser posicionada en relación al diseño, de modo que [en término medio] coincida con el plano focal del diseño. El mismo puede -por ende- estar equipado con medios para ajustar la posición relativa a la de una superficie a medir.

Para su ajuste, el modo de realización comprende medios destinados a proyectar referencias sobre la superficie y al menos algunos de los ángulos de proyección de referencias son diferentes unos de otros. Las referencias son proyectadas de modo tal que forman un modelo fácilmente reconocible sobre el plano focal. Además, los ángulos de proyección están dispuestos de modo tal que, sobre un plano cualquiera, paralelo a dicho plano focal, pero separado del mismo por un espaciado de escasa distancia, el modelo formado por las referencias es reconociblemente distinto.

Al ajustar la posición del diseño en relación a la posición de la superficie, es posible establecer fácilmente la distancia para la cual la superficie coincide [en término medio] con el plano focal, evaluando el modelo formado por dichas referencias.

El método de triangulación descrito previamente puede ser resumido a partir de las siguientes etapas:

Proyectar una pluralidad de referencias sobre una superficie con ángulos de proyección al menos parcialmente diferentes de modo tal que un modelo conocido se forme por las referencias al proyectarse en el plano focal, ajustar la distancia entre objeto y diseño, para aproximarse lo más estrechamente posible al modelo deseado.

En un modo de realización preferencial, se utiliza luz infrarroja IR cercana para proyectar las referencias para la triangulación o, cuando la superficie es una superficie ocular que comprende una superficie córnea a medir, las referencias pueden ser proyectadas sobre una región exterior a la pupila, tal como la conjuntiva.

Al enfocar en la conjuntiva adyacente al tejido córneo, la carga luminosa no está visible para el paciente. Al utilizar luz IR cercana, las probabilidades de una reacción del ojo al enfoque son más reducidas.

En un modo de realización específico la imagen proyectada de una grilla se presenta por flashs sobre la superficie, y las unidades de recepción se sincronizan con este flash.

Las ventajas de presentar la imagen por flashs sobre la superficie radica en que los objetos plausibles de movimiento son congelados por el flash.

En otro modo de realización, una serie de flashs es proyectada sobre la superficie permitiendo determinar las dinámicas de la topografía de la superficie.

En otro modo de realización de la invención el componente de emisión se encuentra separado del componente de excitación de la luz, y el componente de excitación de la luz se utiliza para sincronizar las unidades de recepción mediante una proyección presentada por flashs.

Nótese que el componente de reflexión especular de la luz puede ser suprimido mediante el uso de ópticas de polarización cruzadas, por ejemplo, por un polarizador orientado verticalmente colocado en el proyector y un polarizador orientado horizontalmente cerca de la unidad de recepción. Nótese que la fracción de luz térmicamente emitida, empleada en el análisis de la topografía no será afectada por el filtro de polarización.

Por razones de seguridad debería aclararse que el uso de luz UV para uso específico de la invención relativa a las mediciones de la topografía de superficies córneas, puede dañar la superficie córnea dado que afectaría las estructuras proteicas en el tejido córneo. Aunque dependiente de la aplicación de la invención, el uso de la invención con luz UV no se descarta, si bien su empleo en superficies córneas no es aconsejable.

Podrá apreciarse que el modelo proyectado puede ser creado por una variedad de medios además de grillas. Una apertura o una doble apertura u otra técnica interferométrica cualquiera puede ser utilizada para crear un modelo de interferencia adecuado para métodos de proyección de grillas. En un cierto modo de realización, el modelo utilizado es un trazado con forma senoidal de ondas de interferencia.

La invención no se limita a la utilización de grillas o al método de Moiré. El principio de utilización de una luz para la cual la superficie es opaca es ventajoso en muchas otras técnicas en las que las ópticas son utilizadas para determinar la topografía de una superficie. La utilización de esta invención se propone para objetivos similares, dadas las ventajas suplementarias de la utilización de la invención para los objetivos oftalmológicos previamente descriptos. La invención no se limita a la utilización de luz IR o UV, o a colores semejantes. Podrá apreciarse que, en relación a una topografía de superficies, el concepto de adaptar la longitud de onda de la luz o de la radiación a las características del sujeto de medición es ampliamente aplicable a una variedad de casos, en particular, para objetivos médicos. Ejemplo de ello son la angiografía con fluoresceína, utilizada para la medición del flujo sanguíneo retiniano, o bien para objetivos técnicos tales como las lentes [de contacto] no
esféricas.

Los aspectos previamente mencionados y otros y las ventajas de invención están ilustrados en la siguiente descripción de algunos modos de realización de la invención, hecha referencia a los esquemas incluidos. Los sistemas dispuestos para la utilización del método previamente mencionado son considerados como un modo de realización de la presente invención.

Breve descripción de los esquemas

La figura 1 muestra una vista esquemática superior de un diseño según la presente invención, la figura 2 muestra una vista esquemática lateral de la unidad de proyección del diseño de la figura 1, la figura 3 muestra una vista esquemática superior del principio de Moiré de la presente invención, destinado a ajustar la distancia entre las unidades de recepción y la superficie a medir. La figura 4 consiste en un diagrama logarítmico doble de la dependencia del coeficiente de absorción del agua de mar sobre la longitud de onda de la luz [extraído de "Sources of radiation - The Infrared & Electro-Optical Systems Handbook Vol. 1", G. J. Zissis [editor], SPIE, 1993, pág. 256]; la figura 5 muestra un modelo proyectado sobre una superficie córnea cuya topografía ha sido medida; la figura 6 muestra una imagen adquirida a partir de un análisis rápido de Fourier del modelo de la figura 5.

Descripción detallada de los modos de realización

Un diseño 14 según la presente invención se muestra en las figuras 1 y 2. El diseño cumple tres funciones principales: la proyección de un patrón lineal sobre la superficie córnea 20, el enfoque triangular, y la visualización de referencias mediante el empleo de las fuentes 18 y 19 de luz ambiente. La figura 1 muestra una vista esquemática superior del diseño y la figura 2 muestra una vista lateral de la unidad de proyección generalmente indicada como 12.

La proyección sobre la superficie es efectuada generando una proyección de un trazado lineal a partir de la fuente luminosa 1, la apertura 2, la lente 3, la grilla 4, la lente telecéntrica 5, los espejos [dicroicos] 7 y 8 y la lente telecéntrica 6. La imagen que abandona la lente telecéntrica 6 es proyectada sobre una superficie córnea 20. La imagen difusa de la grilla 4 sobre la superficie córnea 20 es tomada por las lentes telecéntricas 25 y 26, los filtros 27 y 28, las lentes telecéntricas 29 y 30 y las cámaras 31 y 32. La señal de las cámaras 31 y 32 es transmitida a través de las líneas 37 y 3 a una placa de captura 34 y luego procesada por PC 35, la cual se visualiza luego en el monitor 36. La apertura 2 puede ser una apertura de 3mm de ancho. La grilla 4 puede comprender un trazado lineal en forma sinusoidal con una densidad de alrededor de 3 lp/mm [par de líneas por milímetro], dichas líneas se dirigen a los ángulos rectos a través del eje de proyección. Los espejos 7 y 8 son espejos dicroicos que reflejan la luz proveniente de la fuente luminosa de proyección 1. Los filtros 27 y 28, sobre la trayectoria óptica entre las cámaras 31 y 32 y el ojo 20, son agregados para bloquear la luz generada por la reflexión especular de la imagen proyectada. En el caso en que la fuente luminosa de proyección 1 sea una fuente de luz infrarroja media, sólo la imagen difusa generada por radiación térmica a razón de la radiación IR absorbida por el tejido, debería ser registrada por las cámaras 31 y 32. La luz generada por radiación térmica, tiene habitualmente una longitud de onda diferente de la luz proveniente de la fuente de proyección y en consecuencia, puede ser filtrada fácilmente hacia el exterior por los filtros 27 y 28.

La placa de captura 34 captura luego las placas provenientes de la primera cámara 31 y la segunda cámara 32, y envía estas imágenes a PC 35. La imagen puede visualizarse en el monitor 36. PC 35 puede determinar la grilla de frecuencia de la grilla proyectada sobre la imagen recibida y comparar los resultados con la frecuencia de origen de la grilla utilizada. Los resultados van a contener la información deseada sobre la topografía de la superficie. Asimismo, PC 35 puede combinar ambas imágenes revelando un modelo de Moiré, el cual puede ser visualizado en el monitor 36.

A los fines de congelar los movimientos oculares rápidos y de minimizar la difusión térmica en el curso del proceso de grabación, el tiempo de iluminación puede reducirse, por ejemplo, a alrededor de 1 ms. El flash creado puede entonces ser sincronizado con las cámaras 31 y 32 de luz infrarroja IR media. En un modo de realización específico, dos flashs consecutivos pueden ser sincronizados con la primera cámara 31 y la segunda cámara 32 consecutivamente, de modo tal que la primera cámara registra un campo impar y la segunda cámara registra un campo par, a cuyo término pueden ser procesados mediante la placa de captura 34 y PC 35. El campo impar, por ejemplo, puede estar constituido por las líneas impares del cuadro de la imagen y el campo par por las líneas pares del cuadro. Combinar ambos campos simultáneamente puede pues devolver una imagen revelando un modelo de Moiré.

La segunda funcionalidad del diseño 14 de la figura 1, el registro de los modelos de referencia bajo la superficie córnea tales como la pupila, el iris y la conjuntiva, consiste aquí en la adición de dos fuentes de luz ambiente 18 y 19, las cuales pueden, según la invención, proporcionar una luz infrarroja IR cercana para la cual el ojo es al menos parcialmente transparente. Para tal objetivo, el registro de estas referencias es efectuado por la cámara 11, la cual recibe la luz infrarroja IR cercana reflejada que atraviesa la lente 6, y es reflejada por el espejo 8 sobre el espejo dicroico 7. El espejo dicroico 7 transmite la luz infrarroja IR cercana, la cual llega a la cámara 11 a través de la lente 10.

El diseño previamente descrito puede ser alineado, enfocado y amplificado para proyectar y recibir imágenes adecuadas a distancias fijas a una distancia fija de los medios de recepción de imágenes. El diseño puede además, incluir medios de soporte sobre los cuales un objeto que comprende una superficie a medir puede ser colocado. La distancia entre la superficie a medir y los medios de recepción, luego de haber colocado un objeto frente al diseño, debe estar lo suficientemente próximo a la distancia fija para la cual el diseño puede haber sido alineado, enfocado y aumentado tal y como se ha mencionado anteriormente. Con este fin, los medios de soporte o el diseño en su totalidad pueden estar dispuesto para calibrar la distancia entre la superficie a medir y los medios de recepción [como podrá apreciarse, ello puede lograrse sea desplazando el objeto o desplazando el dispositivo de medición].

A los fines de determinar si la distancia entre los medios de recepción y la superficie es igual a la distancia para la cual el diseño es capaz de proyectar y recibir las imágenes adecuadas, un método de triangulación puede ser utilizado como parte de la invención.

La figura 3 muestra esquemáticamente el principio del modelo de triangulación utilizado para calibrar la distancia entre los medios de recepción y la superficie. El diseño es alineado, enfocado y amplificado a los fines de proyectar y recibir una imagen adecuada sobre el plano focal 44 indicado por una línea de puntos dado que el mismo no se encuentra físicamente presente. Los medios de proyección de referencias 40-43, proyectando un pequeño punto derivado de los láseres infrarrojos cercanos 21 y 22 sobre la figura 1, proyectan una pluralidad de puntos de referencia sobre la superficie a medir. Los medios de proyección de referencias están dispuestos de modo tal que los puntos son proyectados sobre un plano de proyección imaginario del plano focal 44 a partir de un modelo reconocible y además, el modelo formado por estos puntos sobre cualquier otro plano es reconociblemente distinto.

Las trayectorias ópticas de los medios de proyección de referencias 40-43 están representados por las líneas punteadas 45-48. El ángulo de proyección de estas trayectorias ópticas del plano focal está indicado por \alpha1 para la trayectoria 45 de los medios de proyección 40, \alpha_{2} para la trayectoria 46 de los medios de proyección 41, \alpha_{3} para la trayectoria 47 de los medios de proyección 42, \alpha_{4} para la trayectoria 48 de los medios de proyección 43. Una superficie a medir puede ser la superficie córnea de un ojo y la misma está indicada en la figura 3 por 49A, B y C, en que A, B y C indican tres situaciones posibles. Las imágenes recibidas por los medios de recepción [no representadas] están indicadas para las tres situaciones por 55A, B y C en esta serie de imágenes, 56 [A, B y C] indica la circunferencia de un iris y 57 [A, B y C] es la pupila ocular. Los puntos de referencia están indicados por 50-53A, B y C para cada una de las situaciones A, B y con un número primo suplementario [`'''''] para indicar la representación de las referencias en pantalla en las imágenes 55A, B y C.

La situación óptima, la situación en la que la superficie 49B coincide aproximadamente con el plano focal 44, al menos lo suficientemente cerca para adquirir la precisión deseada en los resultados de la medición, está aquí indicada por la situación B. Las trayectorias ópticas 45 y 47 se cruzan [pero no se intersectan] una con otra a diversas alturas, así como las trayectorias ópticas 48 y 46. Los puntos 50B-53B forman -reconociblemente- las esquinas de un rectángulo, como puede observarse en la imagen 55B, indicadas por los puntos 50W, 52B', 51W y 53B'.

La situación A muestra una situación en que la superficie 49A está localizada frente al plano focal 44, de modo tal que la distancia entre los medios de recepción [no representados] y la superficie 49A es demasiado pequeña. En la situación A, los puntos de referencia 50A, 52A, 51A y 53A, no forman un rectángulo como en el caso de la situación B. En este ejemplo, los ángulos de proyección \alpha_{2} y \alpha_{3} de las trayectorias ópticas respectivas 46 y 47 relativos al plano focal 44 no son ángulos rectos [de 90º aproximadamente], sino que en su lugar, son -respectivamente- más pequeño y más grande. Por lo tanto, mover la superficie 49A más hacia el frente causará que los puntos de referencia 5lA y 52A se desplacen acercándose uno al otro, mientras que mover la superficie 49A hacia atrás en dirección al plano focal 44 causará que los puntos de referencia 51A y 52A se desplacen alejándose uno del otro. En la situación A los puntos imágenes 50A', 52A',50A' y 53A', formarán los ángulos de un trapecio en la imagen 55A. El operador del dispositivo reconoce esto y puede aumentar la distancia entre los medios de recepción [no representados] y la superficie 49A, hasta lograr que se cumpla la situación indicada por B.

La situación C muestra una situación similar a A, pero en C, la distancia entre la superficie 49C y los medios de recepción [no representados] es demasiado grande, colocando la superficie 49 detrás del plano focal 44. Aquí, los puntos de referencia 52C y 51C se encuentran más alejados uno del otro que 50C y 53C, de modo tal que en la imagen 55C los puntos de referencia 50C', 51C', 52C' y 53C' forman las esquinas de un trapecio. Similar a aquella de la situación A, el operador del dispositivo sabe que la distancia entre la superficie 49C y los medios de recepción [no representados] debe reducirse.

Como podrá apreciarse, hay otras situaciones posibles en las que un operador puede tener claro cómo calibrar la distancia entre los medios de recepción y el objeto. Además, puede visualizarse asimismo que una superficie como la superficie 49, puede estar inclinada, rotada y desplazada hacia el interior del plano focal 44 [a la izquierda, a la derecha, sobre, bajo o una combinación de los mismos]. Por ejemplo, si la superficie 49 debe estar inclinada, un modelo asimétrico puede visualizarse en la imagen 55.

Un modo de realización especifico visualiza [cuando la distancia o la orientación está calibrada correctamente, como en la situación B] las esquinas de un rectángulo que definen la superficie a ser medida por el diseño. Ello permite un fácil emplazamiento del diseño relativo al objeto.

El diseño previamente descrito, presentado en la figura 1 y la figura 2, puede ser adecuado para radiación infrarroja IR media, si bien puede ser fácilmente adaptado para usarse con proyecciones ultravioletas [UV] o de otro color [tal como luz azul]. Por ejemplo, si se usa una fuente de luz UV 1 polarizador 17 puede colocarse frente a la lente 6 y los filtros 27 y 28 pueden ser reemplazados por filtros de polarización, cuya dirección de polarización es perpendicular a la dirección de polarización del polarizador 17, siendo la función de este conjunto de polarizadores, de la eliminar la luz causada por la reflexión especular sobre la superficie córnea 20. Además, podrá apreciarse que -en caso de utilizarse una fuente de luz UV 1- los espejos dicroicos 7 y 8 deben ser reemplazados por espejos dicroicos adecuados.

De modo alternativo y particularmente para uso en un diseño adecuado proyectar luz azul, una fuente luminosa de fijación 9 puede colocarse en línea erecta para detrás del espejo 8 en el eje entre el espejo 8 y la superficie córnea 20. Las fuentes 17 y 18 10 infrarroja IR cercana así como los láseres 21 y 22 de proyección infrarroja IR cercana no necesariamente requieren ser reemplazados en el caso en que un color de luz diferente sea utilizado en la fuente principal de proyección 1.

La figura 4, extraída de "Sources of radiation-The Infrared & Electro-Optical Systems Handbook Vol. 1", G. J. Zissis [editor], SPIE, 1993, pág. 256, muestra un diagrama que representa la dependencia del coeficiente de absorción k en la longitud onda de luz X para el agua de mar. El coeficiente de absorción del agua de mar es comparable con el coeficiente de absorción del tejido córneo del ojo. Como puede observarse en el diagrama, para una luz visible, en la región generalmente indicada como II [aproximadamente, entre 0,4 y 0,8 \mum], el ojo es transparente. No obstante, en la región indicada como I, para una longitud de onda inferior a 8 \mum, el coeficiente de absorción aumenta rápidamente [nótese la escala del logaritmo doble], por ende, el ojo es opaco para estas frecuencias a alrededor de 0,8 \mum, en la región infrarroja IR cercana, el ojo permanece parcialmente transparente. En la región ultravioleta, la región III, con longitudes de onda inferiores a 0,4 \mum, el tejido córneo comienza a opacarse para frecuencias inferiores a 0,3 \mum. No obstante, para uso médico y por razones de seguridad, la luz UV con una longitud de onda superior a 0,2 \mum no es aconsejable, dado que puede dañar el tejido irreversiblemente.

La figura 5 muestra la imagen de un modelo de grilla proyectado en superficie ocular en un diseño como ejemplo de la presente invención. La imagen es recibida por las unidades de recepción que están colocadas bajo un ángulo diferente [respecto de su trayectoria óptica en dirección a la superficie] que el de los medios de proyección.

La figura 6 muestra un trazado topográfico de altura de una superficie ocular calculado en combinación con la imagen de la figura 5 con una imagen similar tomada a partir de ángulo diferente [o con un ángulo de proyección diferente en dirección a la superficie]. Las imágenes ilustradas en las figuras 5 y 6 han sido creadas a modo de ejemplo para explicar el diseño de la presente invención.

Un diseño según la presente invención, se encuentra orientado hacia el método y el diseño revelados en las reivindicaciones enmendadas. El diseño descrito previamente, constituido a partir de una sola unidad de recepción y de dos cámaras, puede ser un modo de realización diferente. Una enmienda posible del modo de realización descrito consiste en el empleo de una pluralidad de unidades de proyección destinadas a proyectar uno o varios modelos de grilla sobre la superficie, o el empleo de una o varias unidades de recepción [por ejemplo, una cámara y dos unidades de proyección].

Como podrá apreciarse, la presente invención admite numerosas modificaciones y variaciones posibles a la luz de las indicaciones previas. De ahí se comprenderá que dentro del espectro de las reivindicaciones adjuntas, la invención puede ser aplicada de modo alternativo al particularmente descrito aquí.

Claims (31)

1. Método destinado a efectuar mediciones de la topografía de una superficie, tal como la topografía de una superficie ocular, en el cual una imagen es proyectada sobre dicha superficie a partir de al menos una fuente luminosa de proyección utilizando medios de proyección, en el cual al menos una fracción de luz que abandona la superficie como resultado de dicha proyección, es recibida mediante una o varias unidades de recepción, tales como cámaras CCD [de dispositivo de carga acoplada], en el cual una medición de dicha topografía concierne un mapeo de superficie de dicha superficie, en el cual dicha topografía de superficies es determinada por el análisis de dicha fracción de luz que abandona la superficie, y en el cual dicha fracción de luz que abandona la superficie está constituida por luz irradiada por la superficie a razón de una emisión térmica, caracterizada por el hecho de que dicho análisis destinado a determinar dicha topografía de superficies, es efectuado sobre dicha luz irradiada por la superficie a razón de una emisión térmica.

2. Método según la reivindicación 1, en el cual al menos una de las unidades de recepción recibe únicamente dicha fracción de luz que abandona la superficie en el transcurso de una excitación térmica de la superficie.

3. Método, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicha fracción de luz que abandona la superficie comprende además, una luz de excitación que es irradiada por la superficie debido a la excitación de materia superficial, y en el cual dicha luz de excitación es eliminada antes de dicho análisis de dicha fracción de luz que abandona la superficie.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la superficie es al menos parte de la superficie de un ojo humano o animal.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el cual la imagen proyectada sobre la superficie es proyectada con luz que comprende un color para el cual la superficie es opaca.

6. Método según la reivindicación 5, en el cual dicho color para el cual la superficie es opaca corresponde a un color de luz infrarroja [IR].

7. Método según la reivindicación 6, en el cual se utiliza luz IR media para proyectar dicha imagen sobre la superficie.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicho medio de proyección presenta la imagen por flashs sobre la superficie, y en el que al menos una de las unidades de recepción es sincronizada con dicho medio de proyección.

9. Método según la reivindicación 8, en el cual dicho medio de proyección proyecta la imagen durante una serie de flashs sobre la superficie, permitiendo la determinación de las dinámicas de la topografía de la superficie.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, en el cual dicha fracción de luz que abandona la superficie comprende luz de excitación que es irradiada por la superficie a razón de una excitación de la materia superficial, y en el cual dicha luz de excitación es utilizada para sincronizar al menos una de dichas unidades de recepción.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la iluminación de la superficie mediante una fuente de luz ambiente permite la detección de referencias sobre o bajo la superficie utilizando una o más de dichas unidades de recepción.

12. Método según la reivindicación 11, en el cual dicha fuente de luz ambiente irradia luz de un color para el cual la superficie es al menos parcialmente transparente.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12 en el cual la superficie es al menos parte de una superficie ocular, y en el cual la luz irradiada por dicha fuente de luz ambiente es luz infrarroja IR cercana.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual una pluralidad de unidades de recepción son utilizadas para recibir dicha fracción de luz que abandona la superficie, en el cual dichas unidades de recepción están dispuestas para recibir una imagen deseada de dicha fracción de luz a una distancia fija de dicha superficie, y en el cual el emplazamiento de la superficie a dicha distancia fija para recibir la imagen deseada comprende al menos las siguientes etapas:

-proyectar una pluralidad de referencias sobre la superficie a lo largo de una trayectoria óptica a partir de un medio de proyección de referencias, dichas referencias son proyectadas de modo tal que al menos una de las trayectorias ópticas de dicho medio de proyección de referencias forma un ángulo con al menos otra de dichas trayectorias ópticas del medio de proyección de referencia, y de modo tal que si las referencias son proyectadas sobre la superficie a dicha distancia fija de las unidades de recepción, un modelo reconocible se forma en la superficie mediante dichas referencias.

-ajustar la distancia entre la superficie y las unidades de recepción de modo tal que dichas referencias forman dicho modelo reconocible en la superficie.

15. Método según la reivindicación 14, en el cual se utiliza luz IR cercana para proyectar dichas referencias sobre la superficie.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15, en el cual la superficie es una superficie ocular que comprende una superficie córnea, y en el cual la pupila, el iris y la conjuntiva se encuentran ubicados bajo dicha superficie, y en el cual dicha o más de una referencia es proyectada sobre una región de la conjuntiva exterior a una región de la superficie córnea.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicha imagen proyectada sobre la superficie es un modelo de interferencias proporcionado por cualquiera de un grupo compuesto por una grilla, una apertura, una doble apertura, un interferómetro, y otros medios para crear un modelo de interferencia.

18. Método según la reivindicación 17, en el cual dicho modelo utilizado es un trazado con forma senoidal de ondas de interferencia.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual un modelo de Moiré, modelos de análisis de Fourier u otros modelos profilométricos son utilizados para determinar la topografía de la superficie.

20. Diseño destinado a efectuar mediciones de la topografía de superficies, tal como la topografía de una superficie ocular, en el cual una medición de dicha topografía concierne un mapeo de superficie de dicha superficie, dicho diseño comprendiendo medios de proyección que incluyen al menos una fuente luminosa de proyección destinada a proyectar una imagen sobre la superficie, comprendiendo además, una o varias unidades de recepción para recibir al menos una fracción de luz que abandona la superficie como resultado de dicha proyección, tales como cámaras CCD [de dispositivo de carga acoplada], y de medios para el análisis de dicha fracción de luz que abandona la superficie destinados a determinar la topografía de la superficie, caracterizados por el hecho de que están dispuestos a fin de analizar la luz irradiada por la superficie a razón de una emisión térmica.

21. Diseño según la reivindicación 20, que comprende además medios de filtrado destinados a filtrar dicha fracción de luz que abandona dicha superficie, dichos medios de filtrado estando dispuestos para transmitir luz que es irradiada por la superficie a razón de una excitación térmica.

22. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 20 y 21, en el cual dichos medios de proyección están dispuestos de modo de presentar dicha imagen por flashs sobre dicha superficie.

23. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 22, que comprende medios destinados a limitar un período de tiempo durante el cual al menos una de dichas unidades de recepción recibe dicha fracción de luz que abandona la superficie de modo tal que dicho período de tiempo equivale aproximadamente a la duración de la emisión térmica como resultado de dicha imagen presentada por flashs sobre dicha superficie.

24. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 20 - 23, en el cual dicha fuente luminosa de proyección emite luz de un color para el cual la superficie es opaca.

25. Diseño según la reivindicación 24, en el cual dicho color para el cual la superficie es opaca corresponde a un color de luz infrarroja [IR].

26. Diseño según la reivindicación 25, en el cual se utiliza luz IR media para proyectar dicha imagen sobre la superficie.

27. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 20 - 26, que comprende medios para sincronizar dichas unidades de recepción con dichos medios de proyección.

28. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 20 - 27, que comprende además, una fuente de luz ambiente y medios destinados a detectar referencias en dicha superficie.

29. Diseño según la reivindicación 28, en el cual dicha fuente de luz ambiente comprende una fuente de luz IR cercana.

30. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 20 - 29, que comprende una pluralidad de unidades de recepción e incluye además, medios destinados a proyectar más de una referencia sobre la superficie y medios destinados a construir una imagen compuesta a partir de las imágenes recibidas por dichas unidades de recepción.

31. Diseño según cualquiera de las reivindicaciones 20 - 30, en el cual dichos medios de proyección comprenden medios destinados a proyectar un modelo de interferencias sobre dicha superficie.