ES2712496T3

ES2712496T3 - Instrumento oftálmico para la medida y control binocular y simultáneo de aberraciones de los dos ojos con presentación simultánea de estímulos visuales

Info

Publication number: ES2712496T3
Application number: ES10748360T
Authority: ES
Inventors: Martinez Enrique J Fernandez; Corrales Pedro Prieto; Soriano Pablo Artal
Original assignee: Voptica SL
Current assignee: Voptica SL
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2019-05-13
Anticipated expiration: 2030-03-04
Also published as: ES2346392A1; ES2346392B1; EP2404546A4; EP2404546A1; US8506079B2; WO2010100298A1; US20120038884A1; EP2404546B1

Abstract

Instrumento oftálmico y método de medida, control y manipulaciónde las aberraciones (1) de los ojos (2, 3), que permite además lapresentación simultánea de estímulos visuales durante la operación del mismo. Comprende un único dispositivo corrector de aberraciones (4) así como un solo sensor de aberraciones (5), conjugadosópticamente entre sí mediante un sistema óptico (14). Un sistemade iluminación (9) introduce sendos haces de luz en los dos ojos. La medida, control y manipulación de las aberraciones (1), asícomo la presentación de estímulos (6) visuales, se realizan de forma binocular (7, 8) y simultánea.

Description

DESCRIPCION

Instrumento oftalmico para la medida y control binocular y simultaneo de aberraciones de los dos ojos con presentacion simultanea de estimulos visuales

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un instrumento y un metodo para la medida y el control binocular de las aberraciones presentes en el ojo humano, que permite ademas la presentacion de estimulos visuales de forma simultanea a la operacion del resto del metodo. La invencion se refiere por tanto a un metodo que incorpora la llamada optica adaptativa, como tecnologia capaz de efectivamente actuar sobre el frente de onda de cada ojo de manera controlada, para la manipulacion de las aberraciones de los ojos.

La invencion esta relacionada con la medida objetiva de la calidad optica de los ojos, de forma binocular. Su campo se encuentra por tanto en el de instrumentos de caracter biomedico que son empleados para el estudio, diagnostico o caracterizacion de algun proceso, sentido u organo del ser humano. El metodo descrito se relaciona asi mismo con la medida de la calidad visual subjetiva, por medio de test o realizacion de tareas visuales, que quedan afectados por la calidad optica de los ojos, es decir sus aberraciones. Estas son medidas en todo caso tambien de manera objetiva. Dichas aberraciones de los ojos pueden ser eliminadas, de forma total o parcial, asi como inducidas en mayor o menor grado de forma controlada. La invencion por tanto se refiere a un instrumento que permite el estudio, caracterizacion y diagnostico integral de la calidad de la vision, tanto desde un punto objetivo y puramente optico, con la medida de las aberraciones, como desde un punto de vista subjetivo o perceptivo a traves de la realizacion de test visuales en condiciones controladas, utilizando cada uno de los ojos por separado o ambos de modo binocular.

La invencion describe explicitamente la realizacion practica de un instrumento oftalmico, y sus variantes equivalentes que producen el mismo efecto, que implementa dicho metodo.

Antecedentes de la invencion

La vision es un fenomeno complejo que involucra diferentes etapas, todas fuertemente interrelacionadas entre si. En una primera fase, las imagenes de los objetos que conforman la escena que rodea al sujeto se forman sobre su retina, organo situado en la parte posterior del ojo. Despues en una etapa diferente, la retina convierte las imagenes en impulsos electricos y senales ffsico-qufmicas que son enviadas al cerebro por medio de celulas neuronales especializadas. Es en el cerebro donde tiene lugar la ultima etapa del proceso, y donde se produce la interpretacion de la imagen, que a traves de distintos procesos psicologicos da lugar a la percepcion final de los objetos que inicialmente iniciaron el fenomeno de la vision. En la primera etapa, denominada comunmente etapa optica, la calidad de las imagenes producidas sobre la retina viene dada por las aberraciones que introduce la optica del ojo, entendido este como un sistema formador de imagenes. Por ello, el interes en medir y corregir las aberraciones del ojo es fundamental en el contexto de la vision. La vision en el ser humano es ademas binocular, se lleva a cabo mediante la cooperacion de ambos ojos. Ello implica una serie de mejoras y caracteristicas ventajosas sobre la percepcion final del objeto con respecto al caso monocular, en la que la vision se hace a traves de un solo ojo.

La medida objetiva de las aberraciones del frente de onda y su correccion mediante optica adaptativa, entendiendo como tal la compensacion en tiempo real, se ha descrito para el caso del ojo humano desde principios del siglo XXI. Asi, en el trabajo de E. J. Fernandez, I. Iglesias, y P. Artal, "Closed-loop adaptive optics in the human eye", Opt. Lett., 26, 746-748 (2001) se encuentra una primera implementacion practica de un sistema experimental que mediante un sensor de frente de onda, del tipo Hartmann-Shack, y un espejo deformable electrostatico de membrana, consigue compensaciones de las aberraciones del ojo en tiempo real. El sensor de Hartmann-Shack, es entre todos los metodos existentes para la medida del frente de onda, el mas utilizado hoy en dia en el contexto de la optica del ojo. Fue introducido originalmente en los trabajos de J. Liang, B. Grimm, S. Goelz, y J. F. Bille, ‘‘Objective measurement of WA’s of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor,’’ J. Opt. Soc. Am. A 11, 1949-1957 (1994); J. Liang y D. R. Williams, “Aberrations and retinal image quality of the normal human eye,’’ J. Opt. Soc. Am. A 14, 2873-2883 (1997); asi como P. M. Prieto, F. Vargas-Martin, S. Goelz, P. Artal, "Analysis of the performance of the Hartmann-Shack sensor in the human eye", J. Opt. Soc. Am. A, 17, 1388-1398 (2000), para ser desde entonces empleado intensivamente en el campo optica oftalmica.

Una aplicacion de la optica adaptativa de gran interes practico es su empleo en simuladores visuales. El concepto fue originariamente descrito en el articulo de E. J. Fernandez, S. Manzanera, P. Piers, P. Artal, "Adaptive optics visual simulator", J. Refrac. Surgery, 18, S634-S638 (2002). La aplicacion se basa en emular unas determinadas condiciones opticas de manera controlada, y registrar la percepcion del sujeto a unos estimulos o tareas visuales dadas. Con ello se obtiene valiosa informacion sobre la relacion entre la calidad optica, descrita por las aberraciones, y la calidad visual.

Nuevos efectos relacionados con el concepto anterior se han obtenido recientemente, como los que se muestran en el articulo de P. Artal, L. Chen, E. J. Fernandez, B. Singer, S. Manzanera, D. R. Williams, "Neural compensation for the eye's optical aberrations ", J. Vis., 4, 281-287 (2004). El concepto de simulacion visual mediante optica adaptativa ha sido tambien probado con exito con fines de diseno de elementos oftalmicos.

Ejemplos especificos aplicado a las lentes intraoculares y lentes de contacto se encuentran en P. A. Piers, E. J. Fernandez, S. Manzanera, S. Norrby, P. Artal, "Adaptive optics simulation of intraocular lenses with modified spherical aberration" , Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., 45, 4601-4610 (2004) y S. Manzanera, P. M. Prieto, D. B. Ayala, J. M. Lindacher, P. Artal, "Liquid crystal Adaptive Optics Visual Simulator: Application to testing and design of ophthalmic optical elements", Opt. Express, 15, 16177-16188 (2007).

Diversas patentes tambien han descrito el uso de la optica adaptativa en el estudio y caracterizacion de la vision, y mas concretamente en la estimacion de las aberraciones opticas del ojo. La medida de las aberraciones se ha usado bien para su posterior correccion mediante espejos deformables o moduladores de fase, bien para la estimacion de la refraccion del ojo, y su posterior compensacion con lentes oftalmicas, de contacto, intraoculares, y en general metodos de correccion de bajo orden. Asi, en el documento US 6 155684 se describe un metodo para la medida subjetiva de las aberraciones del ojo, y su posterior o simultanea compensacion. La invencion permite estimar el error refractivo del ojo, y por ello la prescripcion requerida para su correccion. El metodo puede ser utilizado exclusivamente en vision monocular.

Otro ejemplo se encuentra en el documento US 6379005 B1, donde se describe un sistema de optica adaptativa para su uso especifico en el ojo humano. Este incluye una medida de las aberraciones del ojo mediante un sensor de Hartmann-Shack, y su posterior correccion por medio de un espejo deformable. El procedimiento se propone para la prescripcion de lentes oftalmicas, intraoculares, e incluso cirugia refractiva. El instrumento es aplicable a un unico ojo. Su extension al caso binocular requiere la duplicacion de todos y cada uno de sus componentes.

En la misma direccion, el documento US 6 722 767 B2 muestra un metodo que combina la optica adaptativa, mediante un elemento corrector que introduce aberraciones de manera controlada, con la respuesta subjetiva del sujeto a la degradacion de los estimulos visuales presentados. Todo ello en condiciones monoculares. Su empleo en vision binocular requiere la replica del sistema experimental que implementa el metodo descrito.

En el documento US 6709 108 se muestra un metodo para la medida objetiva de las aberraciones del ojo, y su posterior compensacion optica por medio de una primera correccion de foco y otra posterior del resto de aberraciones. El metodo permite la prescripcion de correcciones oftalmicas usuales de bajo orden como gafas y lentes de contacto, bajo condiciones monoculares.

El documento US 6964480 B2 muestra un diseno que permite la compensacion en dos etapas bien diferenciadas de las aberraciones del ojo, una vez que estas han sido medidas por el propio instrumento, o estimada por cualquier otro metodo. En una primera etapa el desenfoque se compensa, quedando el resto de aberraciones de alto orden corregidas con un espejo deformable. El montaje es aplicable como tal solo a un unico ojo cada vez.

Explotando un concepto similar, el documento US 7 128 416 B2 describe un metodo, e instrumento que lo implementa, capaz de estimar la refraccion a partir de las medidas objetivas de las aberraciones del ojo, y modificar estas mismas aberraciones mediante optica adaptativa. Todo ello bajo condiciones estrictamente monoculares.

Mas adelante en el tiempo aparece publicado el documento US 7195354 B2 en el cual se propone un metodo, con su correspondiente realizacion practica en forma de sistema electro-optico, que permite medir las aberraciones del ojo, para compensarlas mediante un elemento corrector, permitiendo al sujeto la vision simultanea de estimulos visuales. De este modo se proporciona un metodo que permite al sujeto ver a traves de una optica corregida. Tal y como se presenta la invencion antes mencionada, se hace explicito que el metodo permite solamente la vision monocular. Para su potencial aplicacion en vision binocular es necesario entonces replicar completamente el sistema experimental.

Otros metodos alternatives para la correccion del frente de onda, mediante optica adaptativa, en el contexto de optica visual y oftalmica se han propuesto recientemente, como muestra el documento US 7350920 B2, en el que se aportan nuevos disenos para la implementacion de la medida objetiva de las aberraciones del ojo y su correccion. La invencion en si es aplicable unicamente bajo vision monocular.

En el estado actual de la tecnica, como se muestra en la descripcion de las patentes anteriormente expuestas, una constante es el uso de la optica adaptativa en condiciones exclusivamente monoculares. Sin embargo, la vision en el ser humano es manifiestamente binocular, y la interaccion de los dos ojos en la percepcion final de las imagenes es fundamental. Por ello, los metodos anteriores no proporcionan sino una solucion parcial al problema de la estimacion de la calidad optica, y su correccion, en el contexto de la vision. Sucede pues que en todos los metodos conocidos hasta la fecha, para su posible aplicacion en condiciones binoculares, se requiere la duplicacion de los sistemas experimentales. Esto lleva consigo un aumento de la complejidad de los sistemas electro-opticos, y de su coste economico, que hace en la practica inviable su uso simultaneo en los dos ojos. La invencion descrita en este documento resuelve este problema fundamental, permitiendo la medida y compensacion, en general manipulacion, de las aberraciones de los ojos de manera binocular empleando un unico dispositivo corrector y un unico sensor de aberraciones. Ademas, el metodo proporciona una via que muestra estimulos visuales de forma simultanea a la operacion del resto del sistema.

Sumario de la invencion

La presente divulgacion describe un metodo para la medida mediante un unico sensor de frente de onda de las aberraciones de los ojos de un sujeto, de manera binocular y simultanea, y de su control a traves de un unico dispositivo corrector de aberraciones. La manipulacion de las aberraciones del sujeto puede emplearse en la correccion total de las mismas, correccion parcial de unicamente ciertas aberraciones, o en general en la adicion o compensacion parcial de cualesquiera aberraciones opticas, sin limite. Tambien es posible la induccion de frente de ondas de cualquier naturaleza. El metodo permite ademas la presentacion simultanea de estimulos visuales, cuya percepcion queda afectada por la combinacion de las aberraciones propias del sujeto y las introducidas o compensadas por el elemento corrector, todo ello de manera controlada a traves del sensor. De este modo, el metodo presentado en la invencion permite el testeo y la evaluacion de la capacidad visual de un sujeto de manera binocular en presencia o ausencia de aberraciones, de modo total o parcial, siendo estas ultimas controladas por el dispositivo corrector y el sensor de frente de onda. Por otro lado, el metodo permite naturalmente la medida objetiva de las aberraciones de forma binocular, y por tanto la estimacion objetiva de la calidad visual del sujeto que es medido.

La divulgacion se refiere tambien a una variedad de instrumentos oftalmicos para la medida y manipulacion de las aberraciones de los ojos de manera binocular, tanto en su version de bucle abierto como la de bucle cerrado, y la presentacion simultanea de estimulos visuales, que emplean el metodo anterior.

Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion se desprenderan de la descripcion detallada que sigue de una realizacion ilustrativa de su objeto en relacion con las figuras que se acompanan.

La invencion describe un instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones de los dos ojos que permite la presentacion binocular de estimulos, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

En una disposicion del instrumento, el control del dispositivo corrector de aberraciones se realiza en bucle cerrado a partir de las medidas del frente de onda obtenidas por el sensor, que incluyen las aberraciones del sujeto y las introducidas por el dispositivo corrector.

En otra disposicion alternativa del instrumento, el control del dispositivo corrector de aberraciones se realiza en bucle abierto a partir de las medidas del frente de onda obtenidas por el sensor, que incluyen unicamente las aberraciones del sujeto.

Los estimulos visuales son proyectados en las dos retinas del sujeto de forma binocular y simultanea a la operacion de la medida, control y manipulacion de las aberraciones de los ojos del sujeto, estando los estimulos visuales afectados por las aberraciones introducidas por el dispositivo corrector de aberraciones.

El control y manipulacion del desenfoque puede realizase por medio de un optometro de Badal o por el elemento corrector de aberraciones

El control y monitorizacion de las dos pupilas se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una unica camara.

El dispositivo corrector de aberraciones puede ser bien un espejo deformable bimorfico, un espejo deformable electrostatico, un espejo deformable segmentado, un espejo deformable basado en micro espejos de actuacion independiente, un modulador de fase de cristal liquido, un modulador de fase de cristal liquido ferroelectrico, o un modulador de fase de cristal liquido sobre Silicio.

A su vez, el sensor de frente de onda puede ser bien del de tipo Hartmann-Shack, un sensor de frente de onda de tipo piramidal, un sensor de frente de onda del tipo basado en la medida de la curvatura, un sensor que emplea interferometria, un sensor del tipo que emplea imagenes de la retina obtenidas en doble paso, un sensor del tipo Tscherning, o un sensor del tipo de cilindros cruzados.La fuente de luz empleada en el instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones de los ojos puede ser una fuente laser con emision en el espectro visible, una fuente laser con emision en el espectro infrarrojo fuera del rango visible, una fuente termica con emision en el espectro visible, o una fuente termica con emision en el espectro infrarrojo fuera del rango visible.

El control de la trayectoria de los dos haces de iluminacion de los ojos se puede llevar a cabo mediante:

- reflexiones en un prisma espejado y dos espejos independientes cuyas posiciones y angulos relativos pueden ser manipulados,

- refracciones en prismas cuyas posiciones y angulos relativos pueden ser manipulados,

- o una combinacion de prismas y espejos cuyas posiciones y angulos relativos pueden ser manipulados.

La divulgacion tambien describe un metodo de medida, control y manipulacion de las aberraciones de los ojos, que emplea el instrumento oftalmico descrito en el presente documento.

Descripcion de las figuras

La Figura 1 muestra en esquema las partes fundamentales para la puesta en practica del metodo de medida y control de aberraciones oculares de manera binocular segun la presente invencion. El esquema incorpora tambien la via adicional para la presentacion de estimulos o realizacion de tareas visuales.

La Figura 2 muestra en esquema los componentes principales para la puesta en practica del metodo de medida y control de aberraciones oculares y presentacion de estimulos visuales segun la presente invencion, en su modalidad de operacion en bucle cerrado.

La Figura 3 muestra en esquema los componentes principales para la puesta en practica del metodo de medida y control de aberraciones oculares y presentacion de estimulos visuales segun la presente invencion, en su modalidad de operacion en bucle abierto.

La Figura 4 muestra, a modo de ejemplo practico del metodo expuesto en la presente invencion, una imagen tomada por el sensor o aberrometro de Hartmann-Shack de las dos pupilas de un sujeto real. El analisis de las aberraciones de forma binocular se obtiene a traves de una unica imagen y sensor. La imagen se registra mediante un instrumento que incorpora las caracteristicas descritas en la presente invencion, en su modalidad de operacion en bucle abierto.

La Figura 5 muestra un esquema, basado unicamente en elementos refractivos, de subsistema alternativo al descrito en figuras anteriores 2 y 3 para la introduccion simultanea de la luz proveniente de los ojos en el sistema de medida y control de las aberraciones oculares de forma binocular.

La Figura 6 muestra los resultados obtenidos en un sujeto real a traves de un sistema experimental como el descrito en la Figura 2, correspondiente al modo de operacion de bucle cerrado, relativos a la medida de la funcion de sensibilidad al contraste.

Las siguientes referencias numericas se vinculan a distintos elementos fisicos que integran la invencion, segun se vera a lo largo del presente documento:

1. Aberraciones.

2. Ojo.

3. Ojo.

4. Dispositivo corrector de aberraciones.

5. Sensor de aberraciones (o de frente de onda).

6. Estimulos.

7. Haz procedente del ojo 3 , junto con 8.

8. Haz procedente del ojo 2, junto con 7.

9. Sistema de iluminacion simultanea de los ojos 2, 3.

10. Fraccion de la luz enviada al exterior desde el ojo 3, junto con 11.

11. Fraccion de la luz enviada al exterior desde el ojo 2, junto con 10.

12. Plano de la pupila de salida del ojo 3.

13. Plano de la pupila de salida del ojo 2.

14. Sistema optico.

15. Imagen de 12 sobre el plano del dispositivo corrector 4.

16. Imagen de 13 sobre el plano del dispositivo corrector 4.

17. Haz de luz proveniente del ojo 3, junto con 18.

18. Haz de luz proveniente del ojo 2, junto con 17.

19. Plano del sensor de aberraciones.

20. Plano de pupila de salida para presentacion de estimulos.

21. Ordenador.

22. Divisor de luz

23. Haz de luz dirigido al ojo 2, junto con 24.

24. Haz de luz dirigido al ojo 3, junto con 22.

25. Ojo.

25 bis. Retina del ojo.

26. Ojo.

26 bis. Retina del ojo.

27. Fuente de luz.

28. Mascara de iluminacion.

29. Colimador de la fuente de luz 27.

30. Divisor del haz.

31. Prisma de reflexion.

32. Espejo.

33. Espejo.

34. Haz de luz para el ojo 26, junto con 34 bis.

34 bis. Haz de luz para el ojo 25, junto con 34.

35. Lente del sistema.

36. Lente del sistema.

37. Elemento corrector.

38. Imagen de la pupila de salida del ojo 25.

39. Imagen de la pupila de salida del ojo 26 40. Espejo plano.

41. Espejo plano.

42. Espejo plano.

43. Sistema movil o montura mecanizada.

44. Lente del sistema.

45. Lente del sistema.

46. Sensor de frente de onda o aberrometro. 47. Divisor de haz.

48. Mascara de presentacion de estimulos.

49. Pantalla para presentacion de estimulos. 50. Camara de control de pupila.

51. Divisor de luz.

52. Sensor de frente de onda o aberrometro. 53. Lente.

54. Lente.

55. Divisor de haz.

56. Dispositivo corrector de aberraciones.

57. Lente.

57 bis. Lente.

58. Lente.

59. Mascara para la presentacion de estimulos.

60. Estimulo visual.

61. Imagen del sensor de Hartmann-Shack del ojo 25, junto con 62.

62. Imagen del sensor de Hartmann-Shack del ojo 26, junto con 61.

63. Prisma.

64. Prisma.

65. Prisma.

66. Prisma.

67. Sistema optico que produce dos haces diferenciados.

Descripcion detallada de una forma de realizacion preferente de la invencion

La invencion presentada consiste en la medida y control de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3) de forma binocular y simultanea, tal y como se muestra en la figura 1. Una de las ventajas mas notables de la invencion en su aplicacion practica se basa en la utilizacion de un unico dispositivo corrector de aberraciones (4), asi como un solo sensor de aberraciones (5). Por otro lado, su implementacion permite la incorporacion de una via adicional para la presentacion de estimulos (6), tambien de forma binocular (7, 8). La realizacion de la presente invencion incorpora un subsistema de iluminacion simultanea (9) de los dos ojos (2, 3). Una fraccion de la luz introducida en los ojos (2, 3) es difundida por sendas retinas (25 bis, 26 bis), y enviada de nuevo al exterior (10, 11).

Las pupilas de salida (12, 13) de los ojos (2, 3) (entendidas como las pupilas reales o virtuales que efectivamente limitan la cantidad de luz que emerge de un sistema optico), que se hallan sobre sendos planos P¹y P², se conjugan opticamente por medio de un sistema optico (14) dedicado a tal fin sobre la superficie del dispositivo corrector (4), de manera que ambas pupilas (12, 13) tienen su imagen optica (15, 16) en los planos P’₁y P’₂sobre dicho dispositivo corrector (4). El sistema optico (14) garantiza que los haces de luz (17, 18) provenientes de los ojos (2, 3) no se superpongan sobre el dispositivo corrector (4), sino que lleguen separados o espacialmente resueltos. De este modo se lleva a cabo la actuacion independiente y simultanea del frente de onda de forma binocular. El sistema optico (14) garantiza y permite asi de manera similar que los dos haces de luz (17, 18) provenientes de sendas pupilas (10, 11) lleguen al sensor o aberrometro (5). En todo caso, el sistema optico (14) garantiza que las pupilas de salida (12, 13) de los ojos (3, 2) situadas sobre los planos P¹y P²se conjuguen opticamente sobre la superficie del detector (19) que conforma el sensor o aberrometro en dos haces diferenciados sobre P’’₁y P’’₂. El montaje que realiza la invencion garantiza por tanto que el plano del corrector (4) y del sensor (5) tambien esten conjugados opticamente. El control de las aberraciones de los ojos de forma binocular se puede realizar mediante un ordenador (21) que procesa las medidas del frente de onda de la fraccion de luz (10, 11) enviada al exterior desde los ojos (2, 3) y, eventualmente, emplea dicha informacion en la correccion, o en general en el control, de las aberraciones (1) a su paso por el elemento corrector (4). La incorporacion de una via para la presentacion de estimulos (6) de manera binocular se implementa mediante la division de los haces (22) correspondientes a los dos ojos (2, 3). La luz proveniente de los estimulos (6) realiza el camino inverso (7, 8) hacia los ojos (2, 3). Ello se realiza a traves de los planos conjugados P’’’₁y P’’’₂(23, 24), que limitan la cantidad de luz que procede de los estimulos (6). El estimulo visual (6) puede presentarse por medio de una pantalla, o varias, si se requiriera una via por cada ojo de forma independiente.

En la figura 2 puede observarse que la iluminacion de los ojos (25, 26) se realiza de manera simultanea en el montaje objeto de esta invencion por medio de una fuente de luz (27), que puede ser un laser o una fuente termica, preferiblemente en longitudes de onda infrarrojas o infrarrojas fuera del espectro visible. Con esto se consigue que el sujeto no perciba el haz de medida que incide en su retina durante la eventual realizacion paralela de tareas visuales. Por medio de una mascara (28) en la que se practican dos orificios, el haz colimado (29) procedente de la fuente de luz (27) queda distribuido en dos haces diferenciados. Estos llegan a un divisor de haz (30), que puede operar separando componentes espectrales tal y como efectivamente hacen los espejos dicroicos, estados de polarizacion, o bien distribuyendo la luz incidente en reflejada y transmitida de manera homogenea en una determinada fraccion fija. La luz en forma de dos haces diferenciados reflejada por el divisor de haz (30) se redirige a los ojos (25, 26) del sujeto. En su camino, la trayectoria de los haces encuentra un prisma operando en reflexion total (31), o eventualmente dos espejos que producen en mismo efecto de separar los haces en una direccion perpendicular, en general distinta, a la originalmente incidente. El prisma (31) esta montado sobre un soporte que permite su desplazamiento para un control de la separacion de los haces reflejados. Asi mismo, puede incorporar movimientos de inclinacion en sus planos, favoreciendo el ajuste fino de la direccion final de los dos haces.

Tras la reflexion de los haces en el prisma (31) los mismos son de nuevo reflejados por sendos espejos (32, 33). De esta manera los haces recuperan la direccion de propagacion inicial antes de incidir sobre el prisma (31). Los espejos (32, 33) estan montados sobre un soporte que permite su movimiento en la direccion de la luz incidente, actuando sobre su separacion efectiva. De este modo se consigue ajustar la distancia entre los haces (34, 34 bis) que van a incidir y penetrar en los ojos (25, 26) del sujeto situado frente al sistema. Las pupilas de salida del sujeto deben situarse a la distancia focal de la primera lente del sistema (35). Esta ultima puede ser intercambiada con identico efecto por un espejo esferico o parabolico. La fraccion de luz reflejada o difundida de vuelta en las dos retinas del sujeto realiza el viaje contrario al iniciado por los dos haces tras su reflexion en el divisor de luz (30) antes mencionado, parte que constituye el llamado subsistema de iluminacion (9), y penetran separadas en el sistema optico (14).

Por medio de las lentes siguientes (35, 36) en el sentido de la luz se consigue conjugar opticamente las pupilas de salida del sujeto sobre la superficie del elemento de corrector (37). Este puede ser un espejo deformable, de alguno de los tipos existente, o preferiblemente un modulador de fase basado en cristal liquido. Sobre el corrector se forman pues las imagenes bien diferenciadas de las dos pupilas del sujeto, correspondientes a cada uno de los ojos. Para que esto ocurra las dos lentes precedentes deben funcionar como ûn telescopio optico y el elemento corrector (37) debe situarse a la distancia focal de la lente que lo antecede (36). Esta puede ser reemplazada con igual efecto por un espejo esferico o parabolico. El efecto del sistema telescopico formado por las lentes (35, 36) consiste en formar las imagenes de las pupilas de salida (38, 39) de los ojos (25, 26) sobre el elemento corrector (37).

Entre las lentes (35, 36) que forman el telescopio que precede al elemento corrector (37) puede montarse un subsistema que permite el control del desenfoque de manera independiente. Para ello puede elegirse la configuracion expuesta en la Figura 2, tambien conocida como sistema Badal u optometro de Thorner. En esta configuracion unos espejos planos (40, 41, 42) redirigen la luz de tal suerte que actuando sobre la montura (43) de los dos espejos alineados normales el uno al otro (41,42) puede variarse la distancia efectiva entre las lentes que lo limitan (35, 36) introduciendo asi un desenfoque que depende de dicha separacion. Por medio de las dos lentes (44, 45), segun el sentido de la luz y desde el elemento corrector (37) tal y como aparecen en la Figura 2, se conjuga opticamente la superficie del elemento corrector (37) con la superficie del sensor de frente de onda (46). En lugar de lentes puede emplearse con identico efecto espejos esfericos o parabolicos.

El sensor de frente de onda (46) puede ser de cualquiera de los tipos existente, preferiblemente del tipo Hartmann-Shack. En el, el frente de onda incidente es estimado a partir de la medida de las pendientes locales del mismo, operacion que se lleva a cabo muestreando el frente de onda con una red de microlentes. En el montaje que implementa la invencion los frentes de onda correspondientes a cada una de las pupilas forman sus imagenes separadas, aunque de forma simultanea, sobre la superficie del sensor (46). Un divisor de haz (47), que puede operar separando componentes espectrales tal y como efectivamente hacen los espejos dicroicos, estados de polarizacion, o bien distribuyendo la luz incidente en reflejada y transmitida de manera homogenea en una determinada fraccion fija, dirige los dos haces incidentes hacia el plano ocupado por la mascara (48). Esta mascara (48) se situa preferiblemente a la distancia focal de la ultima lente (45) situada antes del divisor de haz (47) del montaje en el sentido de la luz descrito. De esta manera se garantiza que la mascara (48) ocupa un plano conjugado al plano de las pupilas de salida del sujeto. La mascara (48) comprende un par de orificios, cuyo diametro y separacion pueden ser variables, y tal vez dependientes de la relacion de aumentos total entre el plano que las contiene y el plano de las pupilas de salida del sujeto.

Detras de la mascara (48) se coloca la pantalla (49), o eventualmente pantallas, que muestran los estimulos visuales que el sujeto puede percibir, de manera binocular y simultaneamente a la medida y manipulacion de los frentes de onda de cada uno de sus ojos. La configuracion descrita anteriormente y principalmente mostrada en la Figura 2 permite la actuacion sobre el frente de onda en bucle cerrado. Esto es, la medida de las aberraciones de los ojos (25, 26) incluye ya el efecto que sobre estas ha introducido el elemento corrector (37). Por tanto puede operarse de forma iterativa, y con gran precision, hasta obtener las aberraciones deseadas, o eventualmente su hipotetica correccion. Esto se puede llevar a cabo de manera eficiente mediante un unico procesador, que controla simultaneamente la medida de las aberraciones (1) y la fase introducida por el corrector (37).

Una alternativa practica para la implementacion de la presente invencion consiste en un sistema que opera en bucle abierto, de tal modo que la medida de las aberraciones (1) no incluye el efecto del corrector (37). Ello se describe graficamente en la Figura 3. La iluminacion de las pupilas y posterior re-direccionamiento de la luz que emerge de las retinas (25 bis, 26 bis) de los ojos (25, 26) del sujeto se lleva a cabo de manera analoga a la descrita anteriormente, segun ha sido detallado en Figura 2. Una camara (50) puede operar en la monitorizacion de la posicion de las pupilas de sujeto, derivando parte de la luz reflejada por estas por medio de un divisor de luz (51), de cualquiera de los tipos descritos anteriormente (30, 47). Este puede situarse en cualquier plano del sistema experimental que permita obtener imagen de las pupilas, preferentemente en la via de iluminacion, por lo que se consigue asi reducir las posibles perdidas de luz procedente de las retinas del sujeto.

En la modalidad de bucle abierto, la luz que entra en el sistema optico (14) es conjugada sobre la superficie del sensor de frente de onda (5, 52) por medio de un telescopio formado por dos lentes (53, 54). Estas pueden ser reemplazadas por espejos esfericos o parabolicos con igual efecto. Del mismo modo, puede incorporarse entre ellas un subsistema Badal u optometro de Thorner, definido por los elementos (35, 36, 40, 41, 42, 43) tal y como aparecen en la figura 2, para controlar el desenfoque tal y como se ha explicado en la descripcion de la implementacion de la invencion en su version de bucle cerrado. Entre las dos lentes (53, 54) puede colocarse un divisor de haz (55) de cualquiera de los tipos antes referidos (30, 47). Los haces (34, 34 bis) provenientes de sendos ojos (25, 26) son enviados hacia el corrector (56). Una lente (57), u espejo esferico o parabolico, permite conjugar las pupilas de salida de los ojos del sujeto sobre la superficie del corrector (56). Tras el, los haces pueden seguir un camino similar al descrito anteriormente en el dispositivo operando en bucle cerrado. Un par de lentes (57 bis, 58) o equivalentemente espejos con capacidad de enfocar, actuando como un telescopio, conjugan las dos pupilas proyectadas sobre el corrector (56) en la mascara (59) que limita el tamano de los haces que efectivamente llegan al estimulo visual (60). Estos ultimos son equivalentes a los descritos a proposito de la implementacion en bucle cerrado (48, 49) descrita en la Figura 2.

La posibilidad de registrar en una sola imagen las aberraciones de los dos ojos se muestra en la Figura 4. En ella aparecen las tipicas estructuras de puntos de un sensor de Hartmann-Shack (61, 62) que permiten la obtencion de la aberracion de onda para cada uno de los ojos de un sujeto. Para la obtencion de dicha imagen se empleo un dispositivo similar al descrito en la Figura 1 que permite en principio la operacion en bucle cerrado. El interes practico del metodo descrito esta justificado por la sustancial reduccion de equipamiento necesario para la medida de las aberraciones del ojo, que pueden realizarse con una unica camara. La eficiencia de los algoritmos para la estimacion del frente de onda a partir del desplazamiento de los centroides en una imagen de Hartmann-Shack es tal que la operacion en tiempo real es perfectamente posible. Esto es de interes para el estudio de la dinamica del ojo, en condiciones binoculares.

Una de las partes fundamentales para la adecuada implementacion de la presente invencion es el subsistema de iluminacion (9). Este debe permitir ajustar la distancia de los haces que iluminan a las dos pupilas a la distancia interpupilar de cada sujeto en particular. Es importante asi mismo dotar al subsistema de los grados de libertad necesarios para que el sujeto pueda eventualmente conseguir fundir las imagenes que reciben sus retinas provenientes del estimulo (6) en una unica percepcion binocular. En las figuras 2 y 3 se ha descrito y mostrado explicitamente una implementacion basada en el uso de un prisma (31) en reflexion y dos espejos (32, 33). Otra alternativa que consigue identico efecto es el empleo de prismas operando en transmision (63, 64, 65, 66), tal y como muestra la Figura 5. Estos son preferiblemente delgados, en el sentido de que la desviacion producida al haz incidente puede aproximarse como funcion de su indice de refraccion. Segun la Figura 5 la luz que emerge de las dos pupilas, o en general de un sistema (67) que separa o produce dos haces de luz diferenciados, separada una distancia D¹, puede controlarse por medio de un sistema tal que permita variar la separacion final entre dichos haces D². Para ello, basta con actuar de acuerdo a la Figura 5 sobre la distancia S¹. De este modo, variando solidariamente la posicion una de las parejas de prismas (63, 64) con respecto a la otra (65, 66) se consigue el efecto deseado. Este subsistema puede incorporase preferentemente dentro del subsistema de iluminacion (9), aunque puede tambien con el mismo efecto incorporase en cualquier otra situacion del sistema optico tal que los haces provenientes de sendos ojos sean paralelos.

Como ejemplo de aplicacion y potencial del metodo descrito en el marco de la presente invencion se muestra en la Figura 6 los resultados obtenidos en un sujeto real a traves de un sistema experimental como el descrito en la Figura 2, correspondiente al modo de operacion de bucle cerrado, relativos a la medida de la funcion de sensibilidad al contraste. La frecuencia seleccionada para la medida de la sensibilidad al contraste fue de 7,86 ciclos por grado. Un estimulo consistente en franjas orientadas a 0, 45, 90, y 135 grados fue mostrado, empleando para ello el metodo de eleccion forzada entre dos imagenes, una con frecuencia espacial a un determinado contraste y otra en blanco, mientras el corrector introdujo diferentes valores de aberracion esferica pura, en la forma del polinomio de Zernike numero 12. En particular, se programaron valores de 0,2, 0, y -0,2 micrometros para este determinado polinomio. La mascara de la pupila de salida del sistema 48 asegura que el tamano de las pupilas efectivas a traves de las cuales el sujeto realiza el test es de 4,5 mm. El sujeto previamente ha variado la distancia entre las lentes 35, 36 que conforman el optometro de Thorner hasta encontrar su mejor foco subjetivo. La medida de la funcion de sensibilidad al contraste se realiza de manera monocular, mediante oclusion del ojo que no interviene, y en condiciones de vision binocular. De acuerdo a las medidas realizadas, se aprecia una mejora en la funcion de sensibilidad al contraste en vision binocular con respecto a cualquiera de los casos monoculares. En particular, para este sujeto la adicion de 0,2 micrometros de aberracion esferica produce una notable mejora en la percepcion de la frecuencia seleccionada. Este experimento prueba la viabilidad de la invencion y demuestra su enorme potencial para la realizacion de numerosas tareas visuales de forma binocular y controlada, a traves de la medida y manipulacion simultanea de las aberraciones de los dos ojos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente, que permite la presentacion binocular simultanea de estfmulos visuales (6), que comprende un sistema de iluminacion retiniana (9), un unico dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) asf como un solo sensor de aberraciones (5), caracterizado por que las operaciones de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) se realizan en los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente de manera binocular (7, 8) y simultaneas a la presentacion de los estfmulos visuales (6), en el que el unico dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) y el solo sensor de aberraciones (5) estan opticamente conjugados entre sf por medio de un sistema optico (14) que esta ademas configurado para conjugar opticamente las dos pupilas de salida (12, 13) de los ojos (2, 3) con el unico dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) asegurando asf que los dos haces de iluminacion (17, 18) que emergen de los ojos no se solapan sobre el unico dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) sino que llegan separados o espacialmente resueltos y de manera similar alcanzan el solo sensor de aberraciones (5).

2. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en la reivindicacion 1 caracterizado por que el control del dispositivo corrector (4, 37, 56) de aberraciones se realiza en bucle cerrado a partir de las medidas del frente de onda obtenidas por el sensor (5), que incluyen las aberraciones del sujeto y las introducidas por el dispositivo corrector (4, 37, 56).

3. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en la reivindicacion 1 caracterizado por que el control del dispositivo corrector (4, 37, 56) de aberraciones se realiza en bucle abierto a partir de las medidas del frente de onda obtenidas por el sensor (5), que incluyen unicamente las aberraciones del sujeto.

4. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por que los estfmulos visuales (60) que son proyectados en las retinas del sujeto, de forma binocular y simultanea a la operacion de la medida, control y manipulacion de las aberraciones de sus ojos, estando los estfmulos visuales (60) afectados por las aberraciones introducidas por el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56).

5. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que un optometro de Badal (35, 36, 40, 41,42, 43) se proporciona para el control y manipulacion del desenfoque.

6. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que el elemento corrector de aberraciones (4, 37, 56) se proporciona para el control y manipulacion del desenfoque.

7. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado por que el control y monitorizacion de las dos pupilas de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una unica camara (50).

8. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable bimorfico.

9. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable electrostatico.

10. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable segmentado.

11. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable basado en micro espejos de actuacion independiente.

12. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un modulador de fase de cristal liquido.

13. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un modulador de fase de cristal liquido ferroelectrico.

14. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un modulador de fase de cristal liquido sobre Silicio.

15. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor de frente de onda (5) es del de tipo Hartmann-Shack (46, 52).

16. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es un sensor de frente de onda de tipo piramidal.

17. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es un sensor de frente de onda del tipo basado en la medida de la curvatura.

18. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo que emplea interferometria.

19. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo que emplea imagenes de la retina obtenidas en doble paso.

20. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo Tscherning.

21. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo de cilindros cruzados.

22. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la iluminacion de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una fuente de luz (27) que es una fuente laser con emision en el espectro visible.

23. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la iluminacion de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una fuente de luz (27) que es una fuente laser con emision en el espectro infrarrojo, fuera del rango visible.

24. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la iluminacion de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una fuente de luz (27) que es una fuente termica con emision en el espectro visible.

25. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la iluminacion de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una fuente de luz (27) que es una fuente termica con emision en el espectro infrarrojo, fuera del rango visible.

26. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 caracterizado por que se proporciona un prisma espejado (31) y dos espejos independientes (32, 33) cuyas posiciones y angulos relativos pueden ser manipulados de modo que las reflexiones en el prisma espejado (31) y los dos espejos independientes (32, 33) permiten el control de la trayectoria de los dos haces de iluminacion (34, 34 bis) desde los ojos (2, 3; 25, 26).

27. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 caracterizado por que se proporcionan prismas (63, 64, 65, 66) cuyas posiciones y angulos relativos pueden ser manipulados para el control de la trayectoria de los dos haces de iluminacion (34, 34 bis) desde los ojos (2, 3; 25, 26).

28. Instrumento oftalmico de medida, control y manipulacion de las aberraciones (1) de los dos ojos (2, 3; 25, 26) simultaneamente segun lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 caracterizado por que se proporcionan prismas y espejos (31, 32, 33, 63, 64, 65, 66) cuyas posiciones y angulos relativos pueden ser manipulados para el control de la trayectoria de los dos haces de iluminacion (34, 34 bis) desde los ojos (2, 3; 25, 26).