ES2856025T3 - Metrología ocular empleando análisis espectral de frentes de onda de luz reflejada - Google Patents

Abstract

Un analizador de frente de onda espectral que comprende un sistema óptico adaptado para muestrear, en múltiples puntos de muestreo (427, 544) que forman una matriz de muestreo bidimensional, un frente de onda (425, 463) obtenido por reflexión o transmisión de una matriz bidimensional de haces de la sonda (725) en o a través de una muestra (423, 524), donde el sistema óptico comprende unos medios (721) para dividir un frente de onda entrante de múltiples longitudes de onda (520) en una matriz bidimensional de haces estrechos, un interferómetro con un divisor de haz (422, 521) para dividir dicha matriz bidimensional de haces estrechos en dicha matriz bidimensional de haces de la sonda (725) y un haz de referencia (461, 462, 542, 724), y uno o más elementos dispersivos (460, 530, 531), para provocar la interferencia de dicho frente de onda (425, 463) con dicho haz de referencia (461, 462, 542, 724) y extraer información de fase óptica y espectral (428, 429) de dicho frente de onda (425, 463) en dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544) en relación con dicho haz de referencia (461, 462, 42, 724) mientras se mantiene la información de fase relativa entre dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544), y en donde el analizador de frente de onda espectral comprende además un procesador adaptado para procesar dicha información de fase óptica y espectral (428, 429) para proporcionar un perfil tomográfico de dicha muestra (423, 524).

Description

DESCRIPCIÓN

Metrología ocular empleando análisis espectral de frentes de onda de luz reflejada

Campo de la invención

La invención se refiere a la metrología de medios ópticamente reflectantes y de dispersión, y al campo de la obtención de imágenes hiperespectrales y del análisis de frentes de onda. La invención se ha desarrollado principalmente para la metrología del ojo humano y se describirá en lo que sigue con referencia a esta aplicación. Sin embargo, se apreciará que la invención no está limitada a este campo de uso particular.

Antecedentes de la invención

Cualquier exposición de la técnica anterior a lo largo de la especificación no se debería considerar en modo alguno como una admisión de que dicha técnica anterior sea ampliamente conocida o forme parte del conocimiento general común en el campo.

Las mediciones de los componentes ópticos y, en particular, del ojo humano, se han abordado mediante una gama de diferentes instrumentos que han podido proporcionar información con relación a diferentes aspectos de la morfología y la función del ojo, así como la identificación de diversas anomalías. La medición del perfil de la superficie del ojo es de particular interés en aplicaciones en las que es necesario colocar lentes de contacto y, a medida que aumenta la variedad y la funcionalidad de las lentes de contacto, el requisito de una medición precisa de la topografía de la superficie en un área más grande se va haciendo cada vez más importante. Otras mediciones que se pueden realizar incluyen el análisis de frentes de onda, que es una medición basada en la fase de las propiedades ópticas del ojo, es decir, de la función del ojo. La medición de las diferentes características del segmento anterior del ojo puede ser de gran valor en aplicaciones quirúrgicas. Se han realizado avances considerables en la obtención de imágenes de la retina del ojo, y la Tomografía de Coherencia Óptica (OCT, del inglés Optical Coherence Tomography) ha permitido el análisis de diversas estructuras oculares en tres dimensiones por medio de una técnica de escaneo que utiliza información contenida dentro de la intensidad y la fase de la luz reflejada.

La Figura 1 muestra de forma esquemática un topógrafo de disco de Plácido capaz de calcular la elevación y la curvatura de una córnea humana in vivo. Una serie de anillos 100 iluminados concéntricos son reflejados de forma especular por la córnea 101 objetivo, y una imagen de los reflejos es proyectada por un sistema de lentes 102 sobre un sensor de obtención de imágenes 103. Se utiliza software para procesar la imagen capturada para identificar los reflejos de los anillos y los anillos físicos correspondientes. Usando la geometría conocida de los anillos 100 y el sistema de lentes 102 se realiza un trazo de rayo inverso 104 entre cada imagen de anillo y el anillo físico correspondiente para determinar la pendiente de la superficie corneal en cada punto de reflexión, comenzando por el vértice corneal 105. Se utiliza un algoritmo ‘arc-step’ para calcular la pendiente, la curvatura y la profundidad axial del siguiente punto de reflexión del anillo a lo largo de cada radial.

La Figura 2 muestra de forma esquemática un generador de imágenes hiperespectral de tipo ‘escobillón’ ( ‘push broom) capaz de analizar espectralmente la intensidad de la luz en varios puntos a lo largo de una abertura con forma de rendija 222. Se utiliza una abertura con forma de rendija 222 para analizar una parte lineal de una muestra 221, como por ejemplo una imagen creada por un sistema de obtención de imágenes telescópico o de otro tipo. Una lente colimadora 223 dirige la luz recogida por la abertura con forma de rendija a un elemento dispersivo tal como una rejilla 225 que dispersa angularmente los componentes de longitud de onda de la luz, y una lente de enfoque 224 enfoca cada componente de longitud de onda sobre una posición diferente a lo largo del eje de longitud de onda de una matriz de plano focal 226, donde se puede recoger y analizar la información. Se puede obtener una imagen hiperespectral completa escaneando la muestra 221 con relación a la abertura con forma de rendija 222. La obtención de imágenes hiperespectrales también se ha extendido a aplicaciones bidimensionales de ‘disparo único’ en las que la intensidad de la luz en diferentes longitudes de onda en un área se mide mediante un ‘disparo único’ en lugar de mediante un escaneo.

La obtención de imágenes hiperespectrales sólo recopila información relacionada con la intensidad, y se pierde cualquier información de fase. Tiene un valor limitado para la metrología ocular, y las aplicaciones biológicas se han limitado generalmente a la comprensión de características espectroscópicas como la oxigenación de la sangre, que se revela en una firma de absorción o de fluorescencia.

La Figura 3 muestra de forma esquemática un analizador de frente de onda para determinar las aberraciones de frente de onda de un ojo. Un haz o frente de onda conocido entrante 321, generalmente pero no necesariamente monocromático, se transmite a través de un divisor de haz 322 a un ojo 324 sometido a ensayo donde el haz es enfocado por la potencia óptica 323 del ojo, idealmente sobre o cerca de la retina 325. A continuación, la potencia óptica del ojo colima un pequeño componente reflejado y el divisor de haz 322 lo separa del haz entrante 321 para conformar un frente de onda saliente 326, que contiene información sobre la potencia óptica residual y las aberraciones del ojo 324.

El frente de onda saliente 326 se analiza con un analizador de Shack-Hartmann 327 que, como se muestra en la ampliación de la Figura 3a, consiste en una matriz de microlentes 331 que muestrea el frente de onda en una cuadrícula predeterminada y lo enfoca sobre una matriz de plano focal 333. Las posiciones de los puntos 334 de la imagen conformados por cada microlente se pueden utilizar para estimar la pendiente 335 del frente de onda 326 en cada punto de muestreo, y si las pendientes se pueden determinar con suficiente precisión y si los cambios entre los puntos de muestreo no son demasiado grandes, es posible reconstruir la fase real 328 del frente de onda a lo largo de los puntos de muestreo. Se han propuesto analizadores de frente de onda multiespectrales para determinar las propiedades dispersivas de un componente óptico, p. ej., la aberración cromática longitudinal del ojo, como se analiza, por ejemplo, en P. Jain y J. Schwiegerling 'Sensor de frente de onda RGB de Shack-Hartmann', J. Modern Optics 55 (2008) 737-748, y en S. Manzanera et al 'Un sensor de frente de onda ajustable de longitud de onda para el ojo humano', Optics Express 16 (2008) 7748-7755. Sin embargo, no se obtiene información de fase relativa entre las diferentes longitudes de onda.

Muchas técnicas para el análisis del ojo se han basado en variaciones de una técnica conocida como tomografía de coherencia óptica (OCT), que es capaz de proporcionar datos tomográficos sobre la estructura del ojo y que se ha incorporado en muchos instrumentos oculares. Hay dos técnicas principales empleadas, la OCT en el dominio del tiempo y la OCT en el dominio espectral. En la OCT en el dominio del tiempo, se utilizan las propiedades de coherencia de una fuente parcialmente coherente, tal como un Diodo Emisor de Luz Superluminiscente (SLED) con una longitud de coherencia de varias micras, obteniendo imágenes de la luz reflejada por una muestra y provocando la interferencia de la imagen o de un único punto dentro de la imagen con un haz de referencia proporcionado por la misma fuente, pero con una longitud de trayectoria variable en el tiempo. A una profundidad específica en la muestra correspondiente al retardo de la longitud de la trayectoria, se detectará una envolvente de interferencia de franjas en la señal retrorreflejada combinada, permitiendo que se pueda reconstruir el perfil de reflexión en la dimensión de profundidad. Por lo general, esto se hace sólo para un único punto de la muestra cada vez, y el escaneo de profundidad correspondiente se conoce como ‘A scan’. Una variación de esta técnica, conocida como OCT lineal, permite que el ‘A scan’ se capture en un único disparo mediante la orientación adecuada de los haces de referencia y de la muestra y la detección de las franjas a lo largo de una matriz de plano focal. En cada caso, los puntos de la muestra se pueden escanear en una dimensión ortogonal para proporcionar un ‘B scan’ bidimensional o incluso un escaneo tridimensional completo.

En lugar de escanear una línea de retardo, las técnicas de OCT en el dominio espectral analizan la luz reflejada provocando su interferencia con un haz de referencia, ya sea como una función de longitud de onda variable en el tiempo (OCT de fuente de barrido) o dispersando las diferentes longitudes de onda con una rejilla u otro desmultiplexor espectral y detectándolas de forma simultánea a lo largo de una matriz de detectores. La información en el dominio espectral es la transformada de Fourier del perfil de reflexión espacial (profundidad), por lo que el perfil espacial se puede recuperar (dentro de las limitaciones de la técnica) mediante una Transformada Rápida de Fourier. Las técnicas computacionales modernas permiten ‘A scans’ rápidos que se pueden escanear en dos ejes, por ejemplo con espejos de escaneo resonantes, para proporcionar escaneos completos de alta resolución a frecuencias de actualización que son un compromiso entre la potencia óptica clínicamente permisible, la resolución y los requisitos de relación señal-ruido. Se sabe que en un sistema de escaneo que utiliza OCT es difícil lograr mediciones relativas de alta precisión entre los diferentes puntos de la muestra debido a los movimientos del nivel de micras del ojo humano in vivo que se producen durante un período de escaneo, el cual generalmente es del orden de un segundo.

Nguyen et al (Optics Express 21 (2013) 13758-13772) han propuesto un sistema OCT basado en la combinación de un interferómetro con un sistema de obtención de imágenes hiperespectrales modificado que es capaz de medir múltiples ‘A scans’ a lo largo de un plano de imagen. Sin embargo, debido a que no existe ninguna calibración o ningún método especificados para garantizar las relaciones de fase, este sistema parece ser incapaz de mantener información de fase relativa entre puntos de muestreo o longitudes de onda. El sistema OCT en Nguyen et al es adecuado para muestrear un frente de onda reflejado por una muestra y para extraer información de fase óptica y espectral en los múltiples puntos de muestreo.

La solicitud de patente de EE.UU. publicada N° 2013/0027711 A1 (Hajian et al) también describe un aparato que puede muestrear un frente de onda reflejado por una muestra y extraer la información de fase óptica y espectral en los múltiples puntos de muestreo. Sin embargo, debido a que no hay ninguna calibración o ningún método especificados para garantizar las relaciones de fase, estos sistemas (de Haijin y de Nguyen) parecen ser incapaces de mantener información de fase relativa entre puntos de muestreo o longitudes de onda.

La solicitud de patente de EE.UU. publicada N° 2012/0176625 A1 (Huntley et al) describe un aparato adecuado para la adquisición con un único disparo de datos de topografía de superficie en 3-D o datos OCT. La técnica principal es utilizar un generador espectral de imágenes hiperespectrales para cortar un interferograma de banda ancha dividiéndolo en interferogramas de banda espectral estrecha que se pueden detectar en partes diferentes de una matriz de detectores 2-D. Se describe brevemente una realización alternativa con muestreo espacial del interferograma, pero a partir de la descripción limitada es difícil ver cómo se podría mantener la información de fase relativa entre puntos de muestreo. La solicitud de patente de EE.UU. publicada N° 2008/0284981 A1 (Fercher) describe un método para representar la estructura 3-D de las interfaces y las superficies intraoculares en un ojo. La luz procedente de una fuente de banda ancha se distribuye a una pluralidad de haces que inciden en el ojo, ya sea secuencialmente, p. ej. con una ranura de escaneo, o simultáneamente, p. ej. con una matriz de aberturas 2-D o una matriz de lentes. Las señales de interferencia procedentes de la banda iluminada o de la matriz de puntos 2-D se dispersan sobre conjuntos diferentes de píxeles de una matriz de detectores 2-D, y los datos se procesan con un algoritmo de trazado de rayos para calcular, para cada haz, las profundidades de las interfaces y las superficies en el ojo o del ojo. Sin embargo, Fercher no describe ni sugiere un muestreo espacial de un frente de onda reflejado por una muestra o transmitido a través de una muestra.

La solicitud PCT publicada WO 2012/110053 A1 describe un aparato que combina OCT en el dominio del tiempo con diferentes tipos de sensores de frente de onda, incluido un sensor de frente de onda de Shack-Hartmann (SH-WFS). A pesar de estar integrados en un instrumento, los modos de sensor de frente de onda y de OCT se operan por separado, produciéndose la interferencia necesaria para el modo de OCT sólo después de un ajuste adecuado tanto de la diferencia de longitud de la trayectoria del brazo de referencia/brazo de muestra como de un espejo deformable. La posibilidad de implementar OCT en el dominio de Fourier, la cual podría proporcionar información espectral, se menciona de pasada, pero no hay ninguna indicación de cómo se podría implementar en la práctica. Con el análisis de frente de onda a través de una matriz bidimensional de puntos de muestreo aparecerían dificultades particulares, porque la distorsión del frente de onda haría que los puntos de muestreo se dispersaran sobre una matriz de sensores 2-D de una manera impredecible y muy posiblemente superpuesta, impidiendo o al menos complicando la recuperación de información de fase y espectral. También es difícil ver cómo una hipotética implementación de la OCT en el dominio espectral podría medir frentes de onda dependientes de la profundidad para proporcionar un perfil tomográfico de una muestra. Se tendría que realizar una Transformada de Fourier de un patrón de interferencia para determinar aberraciones en las profundidades de interés, pero la obtención del patrón de interferencia requiere en primer lugar un conocimiento previo de esas aberraciones para configurar el espejo deformable.

La solicitud de patente de EE.UU. publicada N° 2011/134436 A1 describe el uso de interferometría de baja coherencia para controlar por coherencia diversos tipos de sensor de frente de onda, incluido un sensor de frente de onda de Shack-Hartmann, es decir, proporcionarles resolución de profundidad. También describe diversas combinaciones de un sensor de frente de onda controlado por coherencia con uno o más sistemas de obtención de imágenes incluyendo la OCT. Sin embargo, el sistema OCT no incluye ningún medio para muestrear el frente de onda y, por lo tanto, no puede medir la información de fase óptica y espectral de un frente de onda en múltiples puntos de muestreo.

La patente de EE.UU. N° 5317389 describe una técnica de interferómetro de luz blanca en modo ‘instantánea’ (‘snapshot) para medir la topografía de superficies asféricas, como la superficie frontal de la córnea humana. Sin embargo, no describe ni sugiere la adquisición de datos tomográficos de una muestra, es decir, mediciones con resolución de profundidad de diversas interfaces en o dentro de una muestra.

Objeto de la invención

Es un objeto de la presente invención superar al menos una de las limitaciones de la técnica anterior. Es un objeto de la presente invención en su forma preferida proporcionar sistemas y métodos para realizar mediciones precisas basándose en la fase óptica en muestras biológicas vivas, especialmente muestras tales como ojos que pueden ser propensos a artefactos de movimiento.

Compendio de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un analizador de frente de onda espectral de acuerdo con la reivindicación independiente 1. La matriz de muestreo bidimensional comprende preferiblemente una pluralidad de haces estrechos conformados por una matriz de micro lentes.

De acuerdo con la invención, el frente de onda se obtiene por reflexión o transmisión de un haz de sonda por una muestra o a través de una muestra.

El sistema está preferiblemente adaptado para extraer la información de fase óptica y espectral de los múltiples puntos de muestreo en una única adquisición, para reducir los artefactos provocados por el movimiento de la muestra.

En realizaciones preferidas, el perfil tomográfico comprende el perfil de dos o más interfaces en el segmento anterior de un ojo.

El interferómetro comprende preferiblemente uno o más elementos dispersivos para dispersar el haz de referencia. Preferiblemente, al menos uno de los uno o más elementos dispersivos comprende una rejilla. El sistema comprende preferiblemente una óptica de polarización adaptada para polarizar ortogonalmente los haces de referencia y de la sonda y para analizar el estado de polarización resultante después de que se haya provocado la interferencia del frente de onda con el haz de referencia. En realizaciones preferidas, la óptica de polarización está adaptada para analizar más de un estado de polarización para proporcionar un sistema de detección equilibrado.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para analizar un frente de onda de acuerdo con la reivindicación 9 independiente.

En realizaciones preferidas, la matriz de muestreo bidimensional comprende una pluralidad de haces estrechos conformados por una matriz de micro lentes.

El frente de onda se obtiene por reflexión o transmisión de un haz de sonda por o a través de una muestra.

La información de fase óptica y espectral se extrae preferiblemente de los múltiples puntos de muestreo en una única adquisición, para reducir los artefactos provocados por el movimiento de la muestra. El método comprende además el paso de procesar la información de fase óptica y espectral para proporcionar un perfil tomográfico de la muestra, en donde dicho perfil tomográfico comprende el perfil de dos o más interfaces en el segmento anterior de un ojo.

De acuerdo con la invención, la información de fase óptica y espectral se extrae interfiriendo el frente de onda con un haz de referencia. El haz de referencia es dispersado preferiblemente por uno o más elementos dispersivos. Preferiblemente, al menos uno de los uno o más elementos dispersivos comprende una rejilla. En realizaciones preferidas, el método comprende además los pasos de: polarizar ortogonalmente los haces de referencia y de la sonda; y analizar el estado de polarización resultante después de que se haya provocado la interferencia del frente de onda con el haz de referencia. Preferiblemente, se analiza más de un estado de polarización para proporcionar una detección equilibrada del frente de onda.

La invención se define en las reivindicaciones independientes. Las realizaciones de la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes. Los ejemplos que no caen bajo los términos de la definición de las reivindicaciones independientes no forman parte de la presente invención, aunque se les pueda denominar "realizaciones" en la presente descripción. Son simplemente ejemplos útiles para comprender la presente invención.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán ahora realizaciones preferidas de la invención, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 ilustra de forma esquemática un topógrafo de disco de Plácido capaz de calcular la elevación y la curvatura de una córnea humana in vivo;

La Figura 2 ilustra de forma esquemática un generador de imágenes hiperespectral de ‘escobillón’ capaz de analizar espectralmente la intensidad de la luz en varios puntos a lo largo de una abertura con forma de rendija;

La Figura 3 ilustra de forma esquemática un analizador de frente de onda para determinar las aberraciones de frente de onda de un ojo;

La Figura 3a muestra una vista ampliada de una parte de la Figura 3;

La Figura 4a es un diagrama conceptual de un sistema de análisis de frente de onda hiperespectral de alta resolución espectral de acuerdo con una realización;

La Figura 4b ilustra una técnica para medir la fase espectral y la respuesta de amplitud de la luz reflejada;

La Figura 5 ilustra de forma esquemática un tren óptico para una realización, que emplea un haz de referencia para medir la fase de la luz de manera interferométrica en varios puntos de la cuadrícula y en varias longitudes de onda; La Figura 6 ilustra de forma esquemática un tren óptico para otra realización, que incluye un brazo de referencia en el que en el haz de referencia se introduce una curvatura óptica del frente de onda dependiente de la longitud de onda;

La Figura 7 muestra cómo se puede dividir un frente de onda entrante en una matriz bidimensional de haces estrechos;

La Figura 8 ilustra el uso de un frente de onda de referencia con un perfil espacial diseñado para ser el de un ojo modelo en alguna longitud de onda, para reducir el rango de variaciones de fase que es necesario monitorizar sobre una abertura de medición;

La Figura 9 muestra cómo, de acuerdo con otra realización, una serie de frentes de onda fuera del eje se pueden recopilar con un analizador de frente de onda de disparo único;

La Figura 10 ilustra una técnica para mejorar la coherencia de la longitud de la trayectoria en interferometría de baja coherencia; y

La Figura 11 ilustra un sistema de retransmisión óptico adecuado para ajustar la posición espacial de una matriz bidimensional de haces en una muestra.

Descripción detallada de la invención

La presente invención está dirigida a sistemas y métodos para obtener datos de metrología óptica detallados de muestras mediante la adquisición de información de fase relativa precisa entre las longitudes de onda, y también espacialmente, en un frente de onda óptico de múltiples longitudes de onda conformado por reflexión o transmisión de un haz óptico de intensidad y perfil de fase conocidos que incide en una muestra a medir, en el que se pueden determinar los términos de dispersión óptica y/o reflectivos. La capacidad de extraer información de fase óptica y espectral en múltiples puntos de muestreo se puede aprovechar para proporcionar sistemas de medición configurables para medir una variedad de parámetros del ojo humano utilizando técnicas como topografía corneal de alta precisión, tomografía del segmento anterior del ojo basada en cuadrícula, tomografía del segmento anterior del ojo basada en líneas, obtención de imágenes retinianas de alta resolución, análisis de frente de onda en función del ángulo de incidencia de un haz de la sonda para determinación de la progresión de la miopía, y adquisición con un único disparo de imágenes con resolución de ps para monitorizar la ablación de retina.

La Figura 4a es un diagrama conceptual de un sistema de análisis de frente de onda hiperespectral de alta resolución espectral de acuerdo con una realización. Se hace que un frente de onda entrante 421 conocido de múltiples longitudes de onda, que puede ser por ejemplo plano o esférico, pase a través de un divisor de haz 422 de tipo de polarización o de tipo de división de potencia y que se refleje en una muestra 423 sometida a ensayo que puede consistir en varias capas o interfaces de reflexión 424 distribuidas o discretas, como las que se pueden encontrar en el segmento anterior de un ojo. La información sobre la morfología y la reflectividad de la muestra se codifica en la forma y la respuesta espectral del frente de onda reflejado 425, que es separado del frente de onda entrante 421 por el divisor de haz 422. De forma similar al análisis de Shack-Hartmann, el frente de onda 425 se muestrea sobre una cuadrícula 427 bidimensional, sin embargo, en este caso, el muestreo se realiza mediante un analizador de frente de onda espectral 426 para producir información de fase óptica y espectral en forma de fase 428 y amplitud 429 muestreadas en función de la longitud de onda A para cada punto de la cuadrícula 427, para su posterior análisis por un procesador equipado con código de programa legible por ordenador adecuado. El muestreo se elige preferiblemente para garantizar la continuidad y la calibración precisa de los contornos de fase relativa y amplitud 430 a lo largo de ambas dimensiones espaciales, y también a lo largo de la longitud de onda, de modo que los datos de fase y amplitud muestreados se pueden determinar incluso en presencia del movimiento de la muestra de ensayo que se esperaría para mediciones clínicas in vivo.

La Figura 4b ilustra una técnica para medir la fase espectral y la respuesta de amplitud de la luz reflejada por una muestra 423 en un único punto a efectos de explicar claramente los principios de funcionamiento que se utilizarán en las siguientes realizaciones. Una parte de un frente de onda plano de múltiples longitudes de onda 421 es dirigida por medio de un divisor de haz 422 a la muestra 423 a través de una lente de enfoque 459, y una segunda parte (un frente de onda de referencia) es dirigida a una rejilla 460. La luz del frente de onda de referencia se dispersa 461 y 462 según la longitud de onda y se combina con el frente de onda de múltiples longitudes de onda 463 reflejado por la muestra 423 para formar patrones de franjas 464 con periodos Q(A) correspondientes a las longitudes de onda A debido a los ángulos variables asociados con la dispersión de la rejilla 460. Las frecuencias ópticas de la luz reflejada por la muestra se han transformado en frecuencias espaciales que se pueden analizar mediante análisis de Fourier de las franjas de interferencia resultantes utilizando un procesador equipado con código de programa legible por ordenador adecuado. En esta realización particular, la rejilla 460 está operando en reflexión y en un ángulo de reflexión cercano al de Littrow, aunque estas elecciones no son críticas, ya que son posibles otras configuraciones.

La Figura 5 ilustra de forma esquemática el tren óptico de un analizador de frente de onda espectral de acuerdo con una realización, que emplea un haz de referencia para medir la fase de la luz interferométricamente en una pluralidad de longitudes de onda en una cuadrícula bidimensional de puntos de la muestra, es decir, una matriz de muestreo bidimensional.

Un frente de onda entrante de múltiples longitudes de onda 520 conocido, por ejemplo, procedente de un SLED o de una fuente de longitud de onda de barrido se divide en un haz de referencia 542 y un haz de la sonda 543, según el estado de polarización del frente de onda entrante (por ejemplo, elíptico), mediante un divisor de haz de polarización (PBS) 521. Se hace que el haz de referencia 542 pase a través de una placa de cuarto de onda 522 y que se refleje en un espejo 523, mientras se hace que el haz de la sonda 543 pase a través de otra placa de cuarto de onda 525 y que se refleje en una muestra 524 sometida a ensayo, la cual nuevamente puede consistir en varias capas o interfaces de reflexión 545 distribuidas o discretas como las que se pueden encontrar en el segmento anterior de un ojo. Los haces de referencia y de la sonda se recombinan mediante multiplexación de polarización en el PBS 521 y se dirigen hacia una matriz de microlentes 526 y una matriz de aberturas 527 opcional para crear una matriz de muestreo bidimensional (efectivamente, las cinturas de los haces estrechos 544). La matriz de aberturas 527 es opcional, pero mejora la resolución espacial del sistema y mejora el aislamiento entre mediciones de haces estrechos vecinos. Los haces estrechos de múltiples longitudes de onda son colimados por una lente 528 (para una configuración transmisiva como la que se muestra) y son dirigidos a un segundo PBS 529 que separa los haces estrechos en componentes de referencia y de la sonda. Los dos componentes son dirigidos a través de placas de onda de polarización respectivas 540 y 541 sobre correspondientes rejillas de difracción 530 y 531 que se pueden alinear para que tengan direcciones dispersivas de signo idéntico u opuesto según su orientación. De forma alternativa, para aplicaciones que requieran menos dispersión, es posible utilizar prismas convencionales u otras técnicas dispersivas. Los haces estrechos de referencia y de la sonda dispersados son recombinados por el PBS 529, y un tren óptico consistente en lentes cilíndricas 532 y 533 o una lente esférica retransmite la imagen recombinada a través de uno o más elementos de análisis de polarización 534 como por ejemplo una placa “walkoff” de YVO⁴ (como se muestra) u otro PBS antes de que sea detectada en una matriz de plano focal 535. Cada haz forma una pareja de imágenes 536 que están enfocadas estrechamente ortogonales al eje dispersivo y extendidas en el eje dispersivo. Si las dispersiones de las rejillas 530 y 531 están alineadas de manera opuesta, el tren óptico está configurado para crear una imagen de campo lejano de los haces estrechos de referencia y de la sonda que interferirán una vez que se haya analizado su polarización. Si consideramos una única longitud de onda de luz, la frecuencia de una oscilación espacial dentro de cada haz estrecho corresponderá a la longitud de onda de la luz, y la fase relativa al haz de referencia se puede obtener a través de las ubicaciones de los ceros y los máximos correspondientes a esa frecuencia. Un experto en la técnica apreciará que la superposición de patrones de franjas de múltiples longitudes de onda se puede analizar mediante técnicas de transformada de Fourier con un procesador equipado con un código de programa adecuado legible por ordenador, ya que cada longitud de onda corresponde a una oscilación espacial específica. Una técnica de transformada de Fourier de ejemplo se describe en la solicitud de patente del Tratado de Cooperación de Patentes en tramitación con la presente titulada 'Analizador de Frente de Onda' y presentada en la misma fecha que esta. Además, si las imágenes de campo lejano tienen curvatura o aberración, esto se puede corregir en el análisis matemático, reduciendo la necesidad de componentes ópticos y tolerancias de precisión y, por lo tanto, reduciendo significativamente el coste de la instrumentación para aplicaciones clínicas de uso generalizado. En el caso específico en el que existe una correlación lineal entre las frecuencias ópticas y las frecuencias espaciales, la suma de las frecuencias espaciales puede crear una correspondencia entre la profundidad de un punto de reflexión de la muestra y la envolvente de interferencia espacial.

En una realización alternativa, la muestra y los brazos de referencia se dispersan después de ser recombinados en el PBS 529, y se enfocan en el eje dispersivo. Esto tiene el efecto de asociar una matriz lineal de píxeles con cada haz estrecho, donde cada píxel de la matriz corresponde a una longitud de onda específica, lo que conduce a una matriz de muestras bidimensional con cada haz estrecho de la muestra medido con su matriz lineal correspondiente. En algunos casos, esta técnica de tipo espectrómetro puede proporcionar una mejor relación señal-ruido, pero es más difícil corregir aberraciones de la configuración óptica, ya que requiere que cada longitud de onda se enfoque lo más estrechamente posible, lo cual es difícil de lograr sin una complejidad considerable en la óptica de obtención de imágenes.

En otra realización más, los uno o más elementos de análisis de polarización 534 están adaptados para analizar más de un estado de polarización de la imagen recombinada, para proporcionar un sistema de detección equilibrado.

La Figura 6 muestra de forma esquemática una realización alternativa en la que el brazo de referencia del tren óptico de la Figura 5 se modifica para introducir una curvatura óptica del frente de onda dependiente de la longitud de onda en el haz de referencia 542. En esta realización, el componente de polarización del haz de referencia de un haz entrante 520 se hace pasar a través de una lente compuesta 621 que comprende un elemento de potencia positiva 624 y un elemento de potencia negativa 625 compuesto por vidrios con diferentes dispersiones cromáticas. La lente compuesta 621 introduce la curvatura del frente de onda 622 que varía como una función continua de la longitud de onda A, y está diseñada para que tenga una potencia óptica efectivamente nula a una longitud de onda predeterminada A⁰.

La Figura 7 muestra de forma esquemática un analizador de frente de onda espectral de acuerdo con la invención, que es otra variación del analizador de frente de onda espectral mostrado en la Figura 5 en el que un frente de onda entrante se divide en una matriz bidimensional de haces estrechos. Un haz entrante conocido de múltiples longitudes de onda 520 se hace pasar a través de una matriz esférica de microlentes 721 o de una pareja de matrices de microlentes cilíndricas para crear una cuadrícula de divergencia apropiada, es decir, una matriz de puntos de muestreo/referencia 722 correspondiente a las cinturas de haces estrechos. Estas cinturas de haces estrechos se retransmiten a través de un tren óptico apropiado de lentes 723, 726 en el brazo de referencia, y un tren de lentes similar 723, 727 en el brazo de la sonda que incluye una muestra sometida a ensayo 524. En cada brazo se crean frentes de onda correspondientes con haces estrechos cerca de la cintura (724 y 725), que a su vez se retransmiten a través del PBS 521 y de una lente 728 a la matriz de microlentes 526, que sirve para aumentar la apertura numérica de cada punto (y por lo tanto reducir el tamaño del punto), antes de continuar con el resto del sistema de análisis de frente de onda espectral representado en la Figura 5. De esta manera, cada uno de los haces de sonda corresponde al procesamiento a través de una única microlente, y se evitan términos de dispersión no deseados por medio del rechazo en la matriz de aberturas 527.

Se debería hacer hincapié en que el uso de una matriz bidimensional de puntos de la muestra proporciona la ventaja de poder detectar en un único disparo y, por lo tanto, con artefactos de movimiento mínimos, la fase relativa y la amplitud en el espectro de un haz reflejado por un ojo u otra muestra, lo que permite la reconstrucción de las características tomográficas con alta precisión, y/o la medición del frente de onda en el haz. Si la exposición es demasiado larga, de tal manera que hay un movimiento relativo de la muestra dentro del tiempo de adquisición, entonces las franjas detectadas sufrirán una reducción de contraste pero su posición correspondiente no se verá afectada. Este efecto de desvanecimiento de franjas se puede mejorar utilizando un único pulso óptico corto durante el período de adquisición.

La precisión de fase entre longitudes de onda y puntos de la muestra sobre una abertura de haz que se produce como resultado del mantenimiento de la información de fase relativa en las técnicas de análisis de frente de onda espectral descritas anteriormente se puede aprovechar en el desarrollo de instrumentos con múltiples aplicaciones, incluida la reconstrucción holográfica digital de microscopía bidimensional y tridimensional de alta resolución, topografía precisa de superficies y capas, y nuevas técnicas en el análisis del frente de onda del ojo, como se describirá a continuación.

La Figura 8 muestra una técnica para aproximar la reflexión del frente de onda en la superficie frontal de un ojo modelo en el brazo de referencia de un interferómetro. Un frente de onda entrante 821 nominalmente plano se divide en haces de la sonda y de referencia 822 y 823 mediante un divisor de haz de polarización 521. El haz de referencia 823 se hace pasar a través de una placa de cuarto de onda 522 y es enfocado por una lente 824 a través de una abertura 825. Debido al uso del elemento óptico refractivo 824, las longitudes de la trayectoria óptica para todas las trayectorias de los haces son significativamente iguales en la abertura. La luz diverge esféricamente desde la abertura 825 pero es retro-reflejada por un componente de reflexión 826 como por ejemplo un componente de óptica difractiva plano. Esto crea una diferencia de longitud de trayectoria óptica que varía esféricamente que puede aproximarse a la diferencia de longitud de trayectoria de la luz que viaja hasta el primer punto de reflexión especular de un ojo u otra muestra 524 en la trayectoria del haz de la sonda 822. Esto conduce a una reducción significativa de la variación de fase a lo largo del frente de onda recombinado 827, que se puede monitorizar más fácilmente sin ambigüedad de fase en el resto del sistema de análisis de frente de onda. Es posible utilizar más de un componente de óptica difractiva 826, y también utilizar sustratos no planos para el(los) componente(s) de óptica difractiva, lo que a su vez permite aproximar perfiles de profundidad más complicados. Además, para frentes de onda de múltiples longitudes de onda 821 el aparato de la Figura 8 se puede utilizar para crear una curvatura del frente de onda dependiente de la longitud de onda como se describe en relación con la Figura 6.

La Figura 9 muestra de forma esquemática el tren óptico de un analizador de frente de onda espectral de acuerdo con otra realización, en el que una serie de frentes de onda fuera del eje de una muestra se pueden recopilar con un analizador de frente de onda de disparo único. En este sistema, cada longitud de onda representa un ángulo de incidencia diferente de un haz entrante 910 en un ojo sometido a ensayo 915 y, por lo tanto, un punto diferente en la retina 916 del que emana el frente de onda de la muestra a analizar.

De forma similar a la realización de la Figura 5, un frente de onda entrante de múltiples longitudes de onda de características conocidas 910 se divide en dos componentes mediante un divisor de haz 912, el cual puede ser un divisor de haz de polarización o un divisor de haz de potencia clásico. Un componente (el haz de la sonda) se retransmite por medio de las lentes de retransmisión 911 y 913 a un elemento dispersivo tal como una rejilla de difracción transmisiva 914, que lo dispersa angularmente en varias trayectorias dependiendo de la longitud de onda. La luz en estas trayectorias es enfocada sustancialmente por los elementos de potencia de un ojo sometido a ensayo 915 para conformar una pluralidad de puntos dispersos 917, 918 en la retina 916 del ojo. Una pequeña fracción de luz de cada punto se refleja de vuelta a través del sistema y se recombina mediante la rejilla de difracción 914 antes de ser enfocada hacia una abertura 919 que puede ser, por ejemplo, una rendija orientada ortogonal a la dirección del eje dispersivo. La abertura 919 está ubicada a la distancia focal de una lente 924 que colima la luz recombinada 926, al menos en el eje ortogonal a la rendija 919, antes de incidir en una matriz de plano focal 925.

Un segundo componente del frente de onda entrante 910, es decir, el haz de referencia, se retransmite por medio de las lentes de retransmisión 911 y 920 a una rejilla de difracción 921, la cual lo dispersa angularmente según la longitud de onda a lo largo de diferentes trayectorias 922 y 923. Este frente de onda multiplexado angularmente se retransmite a través del divisor de haz 912 y de las lentes 920 y 924 para que interfiera con los frentes de onda combinados reflejados por el ojo sometido a ensayo 915, formando una pluralidad de patrones de interferencia en una matriz de plano focal 925, estando el número de patrones de interferencia determinado por el número de componentes de longitud de onda en el frente de onda entrante 910.

En realizaciones en las que el divisor de haz 912 es un divisor de haz de polarización, la combinación de los dos haces se puede efectuar por medio de manipulaciones de polarización, p. ej. inserción de placas de cuarto de onda y un elemento de análisis de polarización como se describió anteriormente con referencia a la Figura 5 para analizar las fases relativas de los dos haces en cada punto en el espacio.

Como se describe con mayor detalle en la solicitud de patente PCT en tramitación con la presente mencionada anteriormente titulada 'Analizador de Frente de Onda', el patrón de interferencia resultante en cada longitud de onda corresponde a una frecuencia espacial en la dirección del eje dispersivo, y la fase para cada componente de longitud de onda puede ser reconstruida a partir de la fase de la frecuencia espacial correspondiente. La provisión de elementos dispersivos en las trayectorias del haz de referencia y del haz de la sonda significa que se puede utilizar una gran gama de frecuencias espaciales, desde dos píxeles en adelante, y ventajosamente la fase puede determinarse de forma inequívoca para cada longitud de onda. Aunque esta es una técnica de disparo único capaz de proporcionar una precisión mejorada en comparación con las técnicas de escaneo mediante la captura simultánea de todo el frente de onda para todas las trayectorias fuera del eje en el ojo 915, es importante señalar que, debido a que es una técnica interferométrica, un tiempo de captura corto sigue siendo importante para reducir cualquier desvanecimiento de franjas (“fringe fading’) debido al movimiento relativo del ojo sometido a ensayo. Una vez más, esto se puede facilitar utilizando iluminación de pulso corto además de obturación rápida de la matriz del plano focal.

Consideramos ahora la aplicación del análisis de frente de onda fuera del eje descrito anteriormente al diagnóstico de la miopía y para monitorizar la progresión o el tratamiento de la miopía. Estudios recientes han indicado la probabilidad de un vínculo causal entre las propiedades de enfoque fuera del eje del ojo y la progresión de la miopía en algunos casos. Es importante considerar formas de cuantificar esta progresión para ayudar a comprender la aparición de la miopía y para desarrollar tratamientos exitosos. El aparato descrito en la Figura 9 permite la captura de una amplia gama de frentes de onda fuera del eje alrededor de un eje predeterminado a partir de un haz reflejado por la retina de un ojo sometido a ensayo. Midiendo el frente de onda reflejado en una pluralidad de ángulos, se puede obtener un mapa de la curvatura relativa del frente de onda fuera del eje y la aberración del ojo. Debido a que se obtiene un conjunto discreto de ángulos de haz en el ojo por medio de los elementos dispersivos, es posible monitorizar con precisión la fase de una longitud de onda a la siguiente y hacer frente así a grandes variaciones de enfoque sin requerir muchos ajustes mecánicos en el aparato de medición. De forma alternativa, en lugar de utilizar una rejilla u otro elemento dispersivo para dispersar las longitudes de onda, todas las longitudes de onda se pueden dirigir en ángulos variables mediante la reflexión en un espejo de escaneo ubicado con respecto al tren óptico para crear una rotación efectiva del haz alrededor de un punto a aproximadamente una distancia focal del centro óptico efectivo de la lente del ojo. Una vez más, esto se describe con más detalle en la solicitud de patente PCT en tramitación con la presente titulada ‘Analizador de Frente de Onda’.

Un espejo de escaneo también puede ser beneficioso en un sistema óptico de retransmisión para extender la flexibilidad del aparato mostrado en la Figura 7 para proyectar una cuadrícula de cinturas de rayos 725 sobre una muestra 524. Como se muestra en la Figura 11, un sistema de retransmisión 1120 adecuado comprende un espejo de escaneo 1121 y dos elementos de potencia óptica 1122 y 1123, que pueden ser, por ejemplo, lentes o espejos. El espejo de escaneo 1121 se coloca a aproximadamente la distancia focal de al menos uno de los dos elementos de potencia óptica, preferiblemente del elemento 1122 más cercano a la muestra 524. Un ajuste angular del espejo de escaneo 1121 en cualquier eje 1124 da como resultado un desplazamiento lateral de las cinturas de los haces cuya imagen se ha vuelto a obtener 1125 en el eje correspondiente. El espejo de escaneo 1121 se puede colocar en el punto focal de ambos elementos de potencia óptica 1122 y 1123 como se muestra en la Figura 11, en cuyo caso el sistema de retransmisión 1120 forma un sistema óptico 4F, aunque la separación de los elementos de potencia óptica se puede variar si se requiere un ajuste a la trayectoria de los haces estrechos 1125. Escanear la sonda de muestra pixelada, es decir, la cuadrícula de cinturas de los haces, a través de una muestra 524 en dos o más exposiciones, logra un muestreo espacial más denso del frente de onda de la muestra reflejado sin necesidad de un espejo de escaneo grande o ángulos grandes para proporcionar una cobertura de obtención de imágenes completa de una estructura 3D. Debido a que el espejo 1121 está en un punto focal en el sistema de retransmisión 1120, se pueden utilizar espejos pequeños de tipo MEMS que son de asentamiento rápido, compactos y ligeros para permitir la miniaturización del sistema. Esto proporciona ventajas considerables para mejorar la metrología de superficies reflectantes sometidas a ensayo y también para permitir la reconstrucción de escaneos arbitrarios en o a través de una muestra.

Cada exposición captura un conjunto bidimensional de escaneos de profundidad a través de una muestra. Dentro de cada exposición, los escaneos de profundidad se adquieren de forma simultánea, eliminando el problema del movimiento relativo de la muestra entre escaneos. La ubicación y el ángulo exactos de cada haz estrecho en relación con otros haces estrechos en la cuadrícula 1125 no cambia, y se puede calibrar con mucha precisión cuando se fabrica el instrumento. Esto produce una ventaja significativa sobre los sistemas de escaneo que adquieren un único escaneo utilizando un espejo giratorio que no se encuentra en un punto focal de un sistema de retransmisión, donde, debido a que la ubicación exacta del espejo en cualquier punto no se puede medir con precisión, se introduce un grado de incertidumbre entre dos medidas cualesquiera.

El conjunto de escaneos de profundidad adquiridos en cada exposición se puede segmentar utilizando técnicas de procesamiento de imágenes estándar para localizar superficies dentro de una muestra, las cuales para aplicaciones oculares pueden incluir las superficies anterior y posterior de la córnea. Se puede ajustar un modelo de superficie matemático (como por ejemplo un polinomio de Zernike) a los datos de superficie segmentados utilizando métodos de ajuste de superficie estándar. Típicamente, el tiempo entre exposiciones significa que habrá algún desplazamiento o giro relativo entre cada conjunto de datos, debido al movimiento del espejo de escaneo o al movimiento de la muestra. Los datos de exposiciones posteriores se pueden corregir en función de este movimiento registrando los datos de la superficie con el modelo matemático obtenido de la exposición inicial. Los puntos de datos segmentados se hacen girar y/o se desplazan alrededor de los tres ejes y la distancia desde los puntos de superficie desplazados/girados a la superficie matemática inicial se minimiza, utilizando técnicas de optimización estándar, para determinar la alineación óptima entre las superficies. El modelo matemático de superficie se puede actualizar a continuación para incluir tanto los puntos de datos originales como los puntos de datos de las exposiciones posteriores para mejorar progresivamente la precisión del modelo de superficie.

La capacidad de analizar datos de frente de onda fuera del eje obtenidos de una muestra también puede ser útil para diseñar o prescribir lentes de contacto o gafas que corregirían la potencia de refracción de un paciente miope en los frentes de onda centrales en el eje garantizando al mismo tiempo que los frentes de onda periféricos estén enfocados en o detrás la retina, impidiendo o reduciendo de esta forma la progresión de la miopía. Además, se podrían tomar nuevamente imágenes del ojo o de los ojos del paciente con la(s) lente(s) correctora(s) colocada(s) en su sitio para confirmar que las lentes están funcionando como se requiere, o para monitorizar la progresión de la miopía, este aspecto no está comprendido en la presente invención.

Las técnicas descritas anteriormente con referencia a la Figura 9 también se pueden usar para medir la profundidad óptica de un ojo (es decir, la longitud, en términos del número de ciclos ópticos de la longitud de onda central, desde el primer punto de reflexión del ojo sometido a ensayo hasta la reflexión retiniana) si la longitud de coherencia de la fuente (determinada por la longitud sobre la que se pueden detectar efectos de interferencia) es apropiadamente larga. Una técnica para mejorar la longitud de coherencia en interferometría de baja coherencia se expone con referencia a la Figura 10. Una fuente óptica 1003 tal como un amplificador óptico de LEDs o de semiconductores con una anchura espectral 1010 intrínseca de varias decenas de nm se filtra primero con un aparato que comprende una lente colimadora 1004, un etalón 1005 y un espejo 1006 en una sección colimada del haz que tiene una longitud de trayectoria relacionada con la separación de longitud de onda deseada de los puntos de muestreo espectral. La longitud de coherencia del haz de salida 1007 resultante es inversamente proporcional a la anchura espectral de cada componente de longitud de onda 1011 del haz de salida. En el ejemplo específico mostrado en la Figura 10, la reducción de la anchura espectral de 40 nm a 0,02 nm producirá una mejora del 200x en la longitud de coherencia. De esta manera, incluso un etalón de finura moderadamente baja puede proporcionar una mejora significativa del rango sobre el cual se pueden detectar franjas medibles.

Una alternativa al uso de un etalón es emplear un aparato de retardo óptico, que comprenda, por ejemplo, divisores y combinadores de haces, para proporcionar diferentes longitudes de trayectoria, en el que el retardo óptico se elige para proporcionar simultáneamente coherencia en, por ejemplo, la superficie frontal del ojo y en la retina. Este retardo también podría incluirse en diferentes posiciones del instrumento en los haces de la muestra o de referencia.

Las técnicas de registro de superficie descritas con referencia al sistema óptico de retransmisión de la Figura 10 también se pueden utilizar para registrar datos procedentes de exposiciones múltiples adquiridas con longitudes de trayectoria de retardos diferentes, siempre y cuando ambos conjuntos de datos incluyan una superficie de referencia común. Esta técnica se podría usar, por ejemplo, para registrar un conjunto de datos que contenga las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino con otro conjunto de datos que contiene la superficie corneal anterior y la retina. La medición precisa de todas las superficies ópticamente significativas de un ojo, en relación con una referencia común, significa que es posible reconstruir el frente de onda ocular a lo largo de cualquier eje realizando una técnica de trazado de rayos simulados, asumiendo valores de población promedio para los índices de refracción de la córnea, del cristalino, del humor acuoso y del cuerpo vítreo. Para aplicaciones oculares que se centran en los escasos reflejos en diversas interfaces en un ojo, esto puede permitir la medición simultánea de la superficie frontal y la retina, por ejemplo. Sin embargo, el submuestreo del espectro puede dar lugar a imágenes fantasma y artefactos.

En las realizaciones descritas anteriormente, el frente de onda que se analiza se obtiene por reflexión en una muestra sometida a ensayo, por ejemplo un ojo. Sin embargo, se apreciará que el frente de onda también se podría obtener mediante transmisión a través de una muestra sometida a ensayo. En cualquier caso, la información sobre la muestra se codifica en la forma y composición espectral del frente de onda. Se apreciará que las realizaciones ilustradas permiten extraer información de fase óptica y espectral como por ejemplo datos de fase y amplitud en función de la longitud de onda en múltiples puntos de muestreo a través de un frente de onda reflejado por una muestra. Se mantiene la información de fase relativa entre los puntos de muestreo, y la precisión de fase resultante se puede aprovechar para proporcionar sistemas y métodos para realizar mediciones precisas basándose en la fase óptica en los ojos y otras muestras biológicas vivas que pueden ser propensas a artefactos de movimiento.

Aunque la invención se ha descrito con referencia a ejemplos específicos, los expertos en la técnica apreciarán que la invención se puede implementar de muchas otras formas dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un analizador de frente de onda espectral que comprende un sistema óptico adaptado para muestrear, en múltiples puntos de muestreo (427, 544) que forman una matriz de muestreo bidimensional, un frente de onda (425, 463) obtenido por reflexión o transmisión de una matriz bidimensional de haces de la sonda (725) en o a través de una muestra (423, 524), donde el sistema óptico comprende unos medios (721) para dividir un frente de onda entrante de múltiples longitudes de onda (520) en una matriz bidimensional de haces estrechos, un interferómetro con un divisor de haz (422, 521) para dividir dicha matriz bidimensional de haces estrechos en dicha matriz bidimensional de haces de la sonda (725) y un haz de referencia (461, 462, 542, 724), y uno o más elementos dispersivos (460, 530, 531), para provocar la interferencia de dicho frente de onda (425, 463) con dicho haz de referencia (461, 462, 542, 724) y extraer información de fase óptica y espectral (428, 429) de dicho frente de onda (425, 463) en dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544) en relación con dicho haz de referencia (461, 462, 542, 724) mientras se mantiene la información de fase relativa entre dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544), y en donde el analizador de frente de onda espectral comprende además un procesador adaptado para procesar dicha información de fase óptica y espectral (428, 429) para proporcionar un perfil tomográfico de dicha muestra (423, 524).

2. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicha matriz de muestreo bidimensional comprende una pluralidad de haces estrechos (544) conformados por una o más matrices de microlentes (526).

3. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual dicho sistema óptico está adaptado para extraer dicha información de fase óptica y espectral (428, 429) de dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544) en una única adquisición dispersando la luz muestreada en cada uno de dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544) sobre partes diferentes de una matriz de plano focal (535), para reducir los artefactos provocados por el movimiento de dicha muestra (423, 524).

4. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual dicho perfil tomográfico comprende el perfil de dos o más interfaces en el segmento anterior de un ojo (915).

5. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual dichas dos o más interfaces comprenden la superficie anterior de la córnea de dicho ojo (915).

6. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual se proporciona al menos uno de dichos uno o más elementos dispersivos (460, 530, 531) para dispersar dicho haz de referencia (461,462, 542, 724).

7. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual al menos uno de dichos uno o más elementos dispersivos (461,530, 531) comprende una rejilla.

8. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual dicho sistema óptico comprende ópticas de polarización (522, 525, 540, 541) adaptadas para polarizar ortogonalmente dicho haz de referencia (461, 462, 542, 742) y dicha matriz bidimensional de haces de la sonda (725), y para analizar (534) el estado de polarización resultante después de que se haya provocado la interferencia de dicho frente de onda (425, 463) con dicho haz de referencia (461,462, 542, 742).

9. Un método para analizar un frente de onda, comprendiendo dicho método los pasos de: dividir un frente de onda entrante de múltiples longitudes de onda (421, 520) en una matriz bidimensional de haces de sonda (725) y un haz de referencia (461,462, 542, 724); muestrear, en múltiples puntos de muestreo (427, 544) que forman una matriz de muestreo bidimensional, un frente de onda (425, 463) obtenido por reflexión o transmisión de dicha matriz bidimensional de haces de la sonda (725) en o a través de una muestra (423, 524); extraer información de fase óptica y espectral (428, 429) de dicho frente de onda (425, 463) en dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544) en relación con dicho haz de referencia (461, 462, 542, 724) en un interferómetro con uno o más elementos dispersivos (460, 530, 531) mientras se mantiene la información de fase relativa entre dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544); y procesar dicha información de fase óptica y espectral (428, 429) para proporcionar un perfil tomográfico de dicha muestra (423, 524).

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual dicha matriz de muestreo bidimensional comprende una pluralidad de haces estrechos (544) conformados por una o más matrices de microlentes (526).

11. El método de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el cual dicha información de fase óptica y espectral (428, 429) se extrae de dichos múltiples puntos de muestreo (427, 544) en una única adquisición, para reducir los artefactos provocados por el movimiento de dicha muestra (423, 524).

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el cual dicho perfil tomográfico comprende el perfil de dos o más interfaces en el segmento anterior de un ojo (915).

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dichas dos o más interfaces comprenden la superficie anterior de la córnea de dicho ojo (915).

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que dicho haz de referencia (461,462, 542, 724) es dispersado (461, 462) por al menos uno de dichos uno o más elementos dispersivos (460, 530, 531) seleccionados del grupo que comprende rejillas y prismas.

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, que comprende además los pasos de: polarizar ortogonalmente dicho haz de referencia (461, 462, 542, 724) y dicha matriz bidimensional de haces de sonda (543, 725); y analizar el estado de polarización resultante después de que se haya provocado la interferencia de dicho frente de onda (425, 463) con dicho haz de referencia (461,462, 542, 724).

16. El analizador de frente de onda espectral de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además un etalón (1005) para mejorar la longitud de coherencia de dicho frente de onda entrante de múltiples longitudes de onda (421,520).