ES2303747B1 - Interferometro de difraccion por orificio para medida e inspeccion de la superficie corneal. - Google Patents
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Abstract
Interferómetro de difracción por orificio para
medida e inspección de la superficie corneal.
Interferómetro de difracción por orificio para
inspección y medida de la superficie corneal que comprende una
fuente de radiación, un sistema de lentes, un divisor de haz, un
soporte para la cabeza del sujeto, una lente focalizadora una lámina
semitransparente con un orificio y un sistema de adquisición de
imágenes. El haz reflejado por la córnea se focaliza sobre la lámina
y el orificio que contiene genera una onda
cuasi-esférica de referencia que interfiere con la
porción del haz que pasa por fuera del mismo. El patrón de
interferencia proporciona las características ópticas de la córnea,
incluyendo defectos. Debido a que el tamaño del orificio de la
lámina semitransparente es mayor que el limitado por difracción de
la onda que sobre él incide, el interferómetro resulta robusto y de
fácil alineamiento.
Description
Interferómetro de difracción por orificio para
medida e inspección de la superficie corneal.
La invención consiste en un interferómetro de
difracción por orificio para inspección, análisis y medida de las
propiedades ópticas de la córnea. El interferómetro sirve para
evaluar los mapas de elevación de la superficie corneal.
Los avances actuales en lentes de contacto y en
cirugía refractiva para corrección de defectos visuales demandan
representaciones precisas de la superficie de la córnea con el
objetivo de obtener la información necesaria para la prescripción de
lentillas o la ablación quirúrgica de la cornea. Teniendo en cuenta
que no es posible medir la córnea por contacto físico, las técnicas
desarrolladas para tal fin han de ser indirectas.
En general, se engloba dentro del término
"topografía corneal" a todas las tecnologías diseñadas para
representar la cornea. La mayor parte de los topógrafos corneales
hacen uso del disco de Placido (o variaciones) para proyectar una
serie de anillos concéntricos sobre la superficie de la córnea. La
distorsión de la imagen de los anillos reflejada por la córnea
proporciona información de la elevación de la superficie corneal.
Una de las desventajas de estos sistemas es la incapacidad de medir
distorsiones de ojos que presentan córneas con irregularidades
fuera de unos márgenes de normalidad, que son los que más precisan
de cirugía para aumentar su calidad de visión y que además son un
número estadísticamente significativo.
Otros topógrafos realizan barridos de zonas de
la córnea con rendijas o bandas de luz estrechas pero necesitan
algoritmos de reconstrucción mucho mas complejos y son, en general,
caros. Información detallada y extensiva de los principales
topógrafos corneales se puede encontrar en Wavefront analysis,
aberrómetros y topografía corneal, B.F. Boyd, A. Agarwal, J.L.
Alió, R.R. Krueger, S. E. Wilson (Eds) Publicación Panamá:
Highlights of Ophthalmology (2003).
Por otra parte, la metrología óptica es la
caracterización de sistemas, superficies y materiales mediante el
uso de métodos ópticos de medida. Entre ellos, la interferometría
destaca por su eficiencia para medir la calidad de elementos ópticos
tales como lentes, espejos o sistemas combinados de lentes y/o
espejos. La córnea es el elemento de mayor poder refractivo del ojo
humano (43-44 dioptrías en su vértice), posee una
superficie lisa y se puede considerar que se comporta como un
espejo convexo ya que refleja una parte de la luz que sobre ella
incida. Por tanto, puede ser considerada como un elemento óptico y
se podría pensar en emplear técnicas interferométricas para
caracterizar la fase de una onda reflejada en ella y traducir los
resultados a elevaciones de la superficie corneal.
Dado que los interferómetros basados en técnicas
de desplazamiento lateral o basados en el diseño de Michelson o
Mach-Zenhder (E. Hetch, Óptica, Cap. 9.,
Adison Wesley, Madrid, 2000) necesitan crear una onda de referencia
mediante división del haz, su implementación en topógrafos
corneales compactos y robustos, de uso comercial, se hace
prácticamente imposible. Sin embargo, los interferómetros de camino
común son candidatos idóneos para resolver el problema anterior.
Entre ellos, el interferómetro de difracción por punto (IDP), (R.N.
Smartt and J. Strong, J. Opt. Soc. Am. 62, 737 (1972)),
permite generar ondas de referencia esféricas ideales mediante la
difracción producida por agujeros extremadamente pequeños,
denominados puntos (entendiéndose por puntos aquellos agujeros con
diámetros menores que el de la figura de Airy del haz que incide
sobre ellos) realizados en láminas semitransparentes. De esta forma
se evita el paso de la luz a través de ópticas de división de haz
(espejos, divisores de haz, etc.) que además conllevarían
aberraciones.
Otra ventaja que presenta el IDP, además de la
sencillez de su principio de funcionamiento, es la interpretación
del interferograma, trivial en muchos casos, haciéndolo atractivo,
además, como dispositivo de inspección, y de gran utilidad en un
proceso quirúrgico.
Los requisitos de caracterización de la
superficie corneal difieren en gran medida de los requisitos de
caracterización de componentes ópticos, y conviene resaltar que al
tratarse de un tejido biológico la precisión necesaria para
caracterizarla es mucho menor que la requerida para caracterizar
componentes ópticos en general. En la mayoría de los componentes
ópticos, las tolerancias admitidas se expresan en fracciones de la
longitud de onda utilizada. Sin embargo, para la córnea se pueden
admitir tolerancias incluso del orden de la longitud de onda.
El objeto de la presente invención es la
implementación de un interferómetro de difracción por orificio
(IDO), un interferómetro de precisión media basado en el principio
de funcionamiento del interferómetro de difracción por punto. El IDO
se diferencia del IDP en que la onda esférica de referencia se
genera mediante un agujero cuyo diámetro es mayor que el de la
figura de Airy del haz que incide sobre él. De esta forma no se
produce una onda esférica ideal, sino una onda
cuasi-esférica que aunque obviamente resta
precisión a las medidas, ésta es suficiente para medir superficies
corneales. De aquí en adelante utilizaremos las siglas IDOC para
referimos a un IDO adaptado para la medida de superficies
corneales.
La Figura 1 ilustra la versión básica del objeto
de la invención, el interferómetro de difracción por orificio para
la medida de la superficie de la cornea (IDOC), que comprende: Una
fuente de radiación electromagnética (1); un filtro espacial (2);
una lente convergente (3) que produce un haz colimado a su salida;
un divisor de haz (4) que redirigirá la luz relejada por la córnea
hacia un sistema de adquisición de imágenes; una lente convergente
de gran apertura numérica (5) que hace converger el haz hacia la
superficie corneal y que permita iluminarla en la totalidad de la
zona que se pretende analizar; un soporte donde el paciente apoyará
la cabeza y barbilla (6); una lente convergente (7) que focalizará
el haz reflejado en la superficie ocular en las vecindades de una
lámina semitransparente; una lámina semitransparente (8) con un
agujero situada en el plano focal imagen de la lente (7); y un
sistema de adquisición de imagen con un software adecuado de
análisis de franjas (9).
En un primer paso, para la determinación de la
topografía corneal, se focalizará el haz colimado mediante la lente
(5) en el vértice de la córnea. En este momento se observará en el
dispositivo de captura de imagen un campo de luz uniforme, sin
franjas. Si a continuación se desplaza la lente (5) unos
7-8 mm hacia la córnea el haz converge
aproximadamente hacia el centro de curvatura de la superficie
corneal. El valor del desplazamiento de la lente junto con las
franjas interferenciales capturadas por el sistema darán
información de toda la topografía corneal.
La precisión del interferómetro viene regulada
no sólo por el tamaño del orificio, sino también por la
transmitancia de la región semitransparente, que debe ser escogida
adecuadamente en función del diámetro del orificio utilizado y del
número de longitudes de onda de aberración que se desean
detectar.
La utilización de orificios en vez de puntos da
lugar a una disminución del contraste de las franjas periféricas
que se ve compensada por:
- a)
- un incremento del rango dinámico del interferómetro, es decir, permite obtener interferogramas con buen contraste de grandes cantidades de aberraciones; y
- b)
- un alineamiento fácil, que hace del IDOC un dispositivo de medida robusto.
Una vez que la relación diámetro de
agujero-transmitancia, da lugar a interferogramas
con visibilidad adecuada, su interpretación es simple. Los
interferogramas son el patrón de interferencia producida por una
onda esférica con origen en el orificio y la onda que emerge de la
lente focalizadora (7) que contiene toda la información de la
desviación de la superficie corneal de una superficie esférica de
radio igual al desplazamiento realizado por la lente (5).
Si la lámina semitransparente que contiene el
orificio está fabricada de tal forma que la zona semitransparente
añada un desfase a la onda bajo análisis del orden de \pi/2
radianes se evita la necesidad de mecanismos de desplazamiento de
fase.
El interferómetro de difracción por orificio
corneal (IDOC) como el que se ha descrito representa un dispositivo
relativamente barato y robusto, que proporciona información
topográfica precisa sin necesidad de suposiciones previas. En
particular, esto se logra mediante la focalización inicial del haz
de luz sobre el vértice de la córnea, lo que además proporciona un
test de referencia de la calidad de los elementos ópticos
empleados. Este test de referencia o null test permite
utilizar una óptica de calidad media, ya que las aberraciones del
sistema proporcionadas por el null test se pueden fácilmente
substraer a las producidas por la superficie ocular.
Figura 1: Interferómetro de difracción por
orificio para la medida de la superficie corneal (IDOC).
Figura 2: Interferogramas que proporciona la
topografía de la superficie corneal de ojos de conejos.
La viabilidad del IDOC será descrita en base a
un prototipo realizado en el laboratorio y se proporcionarán
detalles específicos de la implementación realizada. Por tanto,
resulta obvio decir que la invención que se presenta podrá
realizarse sin tener que limitarse a los detalles aquí
descritos.
Ejemplo
En el experimento se empleó como fuente de luz
un láser de baja potencia de Helio-Neon (longitud
de onda: 633 nm). Mediante un objetivo de microscopio comercial de
60X y una lente convergente se produjo un haz colimado. Se utilizó
un divisor de haz de relación de división 8:92 para iluminar el ojo
de conejo con intensidad luminosa dentro de los límites no dañinos
para la salud ocular. A continuación se situó una lente convergente
de f/1.4 y un soporte para la cabeza.
En dirección perpendicular al eje
láser-ojo y en línea con el divisor de haz se situó
una lente convergente en cuyo plano focal se colocó la lámina
semitransparente con el agujero centrado sobre la mancha focal.
Las láminas semitransparentes se fabricaron
mediante la deposición de una capa de cromo metálico y otra de
oxido de cromo, logrando así una densidad óptica deseada. Mediante
técnicas fotolitográficas se grabaron en las láminas orificios
circulares de distinto diámetro.
Las imágenes de los interferogramas de varios
ojos de conejos se adquirieron con una cámara CCD Pulnix Modelo TM6
AS y se muestran en la Figura 2.
Claims (2)
1. Interferómetro de difracción por orificio
para medida e inspección de la superficie corneal,
caracterizado porque comprende:
- -
- Una fuente de radiación, que puede ser tanto monocromática como policromática (1).
- -
- Un filtro (2) para producir coherencia espacial, si fuera necesario, dependiendo del tipo de fuente de radiación.
- -
- Un conjunto de lentes para producir colimación del haz (3).
- -
- Un divisor de haz (4).
- -
- Una lente o un conjunto de lentes focalizadoras (5).
- -
- Un soporte de cabeza y barbilla para el sujeto (6).
- -
- Una lente o un conjunto de lentes para focalizar el haz reflejado (7).
- -
- Una lámina semitransparente (8).
- -
- Un detector (9) para capturar el interferograma producido por la onda de referencia generada por el agujero y la onda test que pasa por la lámina semitransparente.
2. Interferómetro de difracción por orificio,
según la reivindicación 1, donde la lámina semitransparente (8),
situada en el plano focal de la lente (7), está caracterizada
por tener un orificio cuyo diámetro sea mayor que el diámetro de la
mancha de Airy producida por la lente (7) y que haya sido fabricada
de tal forma que pueda, además, añadir a la onda reflejada una fase
adicional que permita evitar mecanismos de desplazamiento de
fase.
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|---|---|---|---|---|
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-
2005
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| US20040109168A1 (en) * | 2002-12-05 | 2004-06-10 | Kenji Fukui | Interferometer |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| C. KOLIOPOULOS, O. KWON, R. SHAGAM & J. C. WYANT: "{}Infrared point-diffraction interferometer"{}, OPTICS LETTERS, Optical Society of America, septiembre de 1978. Vol 3, págs. 118-120. * |
| R. N. SMARTT & W. H. STEEL: "{}Theory and Application of Point- Diffraction Interferometers"{}, J. Appl. Phys. 14 (1975), Suppl. 14-1, págs. 351-356. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2303747A1 (es) | 2008-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20080816 Kind code of ref document: A1 |